Новая литий-ионная батарея без кобальта снижает затраты без ущерба для производительности

В течение десятилетий исследователи искали пути избавления от кобальта высокоэнергетических батарей, которые питают электронные устройства, в связи с его высокой стоимостью и связанными с его добычей правозащитными последствиями. Но прошлые попытки не соответствовали стандартам производительности батарей с кобальтом.

Исследователи из Инженерной школы Кокрелла при Техасском университете в Остине говорят, что они раскрыли секрет безкобальтовых высокоэнергетических литий-ионных батарей, устранив кобальт и открыв дверь к снижению затрат на производство батарей при одновременном некотором повышении производительности. Команда сообщила о новом классе катодов, электродов в батарее, в которых обычно находится весь кобальт, с высоким содержанием никеля. Катод в их исследовании содержит 89% никеля. Марганец и алюминий составляют другие ключевые элементы.

Секрет безкобальтовых высокоэнергетических литий-ионных батарей

Больше никеля в батарее означает, что она может хранить больше энергии. Это увеличение плотности энергии может привести к увеличению срока службы батареи для телефона или к увеличению дальности действия для электромобиля на каждой зарядке.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Результаты исследования появились в этом месяце в журнале " Advanced Materials ". Статья была написана Арумугамом Мантирамом, профессором кафедры машиностроения Уолкера и директором Техасского института материалов, аспирантом Стивеном Ли и аспирантом Вандой Ли.

Обычно увеличение плотности энергии приводит к компромиссам, таким как более короткий срок службы - количество раз, когда батарея может быть заряжена и разряжена до того, как она теряет эффективность и не может быть полностью заряжена. Устранение кобальта обычно замедляет кинетическую реакцию батареи и приводит к снижению скорости - как быстро можно зарядить или разрядить катод. Однако, по словам исследователей, они преодолели проблемы короткого срока службы и низкой пропускной способности, найдя оптимальное сочетание металлов и обеспечив равномерное распределение их ионов.

В большинстве катодов для литий-ионных батарей используются комбинации ионов металлов, например, никель-марганцево-кобальтовые (NMC) или никель-кобальто-алюминиевые (NCA). Катоды могут составлять примерно половину стоимости материалов для всей батареи, причем самым дорогим элементом является кобальт. При цене примерно $28 500 за тонну он дороже никеля, марганца и алюминия вместе взятых, и составляет от 10% до 30% от стоимости большинства катодов литий-ионных батарей.

"Кобальт - наименее распространенный и самый дорогой компонент в катодах батарей", - сказал Мантирам. "И мы полностью его исключаем."

Ключ к прорыву исследователей можно найти на атомном уровне. В процессе синтеза им удалось обеспечить равномерное распределение ионов различных металлов по кристаллической структуре в катоде. По словам Мантирама, когда эти ионы смешиваются, производительность ухудшается, и эта проблема затронула предыдущие кобальтосодержащие высокоэнергетические батареи. Сохраняя равномерное распределение ионов, исследователи смогли избежать потери производительности.

"Наша цель - использовать только богатые и доступные по цене металлы для замены кобальта, сохраняя при этом производительность и безопасность, - сказал Ли, - а также использовать процессы промышленного синтеза, которые сразу же становятся масштабируемыми".

Мантирам, Ли и бывший постдок, исследователь Эван Эриксон совместно с отделом коммерциализации технологий Техасского университета создали стартап под названием TexPower, чтобы вывести технологию на рынок. Исследователи получили гранты от Министерства энергетики США, которое стремится снизить зависимость от импорта ключевых материалов для аккумуляторов.

Промышленность перешла к безкобальтовому методу, в первую очередь, благодаря усилиям компании Tesla, направленным на отказ от использования материалов батарей, питающих ее электромобили. Учитывая, что крупные правительственные организации и частные компании сосредоточили свои усилия на снижении зависимости от кобальта, неудивительно, что это стремление стало конкурентоспособным. Исследователи заявили, что они избежали проблем, которые препятствовали другим попыткам создания безкобальтовых батарей с высоким потреблением энергии, благодаря инновациям в области правильного сочетания материалов и точному контролю за их распределением.

"Мы увеличиваем плотность энергии и снижаем стоимость без ущерба для срока службы", - сказал Мантирам. "Это означает увеличение дальности поездки для электромобилей и увеличение срока службы батарей для ноутбуков и мобильных телефонов". опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet