Mangaan-make-over voor lithium-ionbatterijen
22 maart 2021 - Energieopslag van lithium-ionbatterijen Energieopslag van lithium-ionbatterijen
Kobaltvrije kathoden zouden leveringsproblemen kunnen bestrijden door een van de goedkoopste beschikbare metalen te gebruiken.
Amerikaanse onderzoekers hebben een lithium-ionbatterij gemaakt die mangaan als kathodemateriaal gebruikt in plaats van traditioneel kobalt of nikkel. Het werk zou een goedkoop en overvloedig alternatief kunnen bieden voor deze steeds duurdere en beperktere hulpbronnen, en een manier kunnen bieden om te voldoen aan de snelgroeiende vraag naar lithium-ion-energieopslag.
De meeste lithium-ionbatterijkathodes waren afhankelijk van kobalt of nikkel omdat ze structuren gemakkelijk gelaagd en geordend houden. Maar in 2014 toonde een groep van het Massachusetts Institute of Technology (MIT), onder leiding van Gerbrand Ceder, aan dat lithium-ionbatterijen met een ongeordende structuur konden werken zolang ze rijk waren aan lithium, wat de mogelijkheid openstelde om nieuwe en mogelijkerwijs nieuwe batterijen uit te proberen. beter, materialen.
Ceder en collega's van de Universiteit van Californië en het Lawrence Berkeley National Laboratory, VS, hebben nu een lithium-ionbatterij ontwikkeld met een wanordelijke op mangaan gebaseerde kathode, en hebben aangetoond dat deze mogelijk meer energie kan opslaan dan kobalt of nikkel. ‘Ons idee was dat als we kathodes zouden kunnen maken waarbij laagjes ons niets schelen, we een veel breder spectrum aan metalen zouden kunnen gebruiken’, zegt hoofdauteur Jinhyuk Lee van MIT. ‘We hebben voor mangaan gekozen, omdat dit een van de goedkoopste metalen is die er zijn.’
Mangaan wordt al gebruikt in traditionele gelaagde kathoden van lithium-ionbatterijen, maar als stabiliserend metaal met weinig betrokkenheid bij elektronenopslag. Recente pogingen om kathodes uitsluitend te maken van ongeordend mangaan en andere metaaloxiden zijn beperkt gebleven omdat ze onstabiel worden en hun capaciteit verliezen als gevolg van te veel zuurstofredoxactiviteit wanneer lithiumionen tijdens het opladen van de kathode naar de op lithium gebaseerde anode bewegen.
Om deze activiteit te verminderen en een mangaanoxidekathode met hoge capaciteit te verkrijgen, vond het team van Ceder een manier om mangaan twee elektronen te laten uitwisselen, wat is wat op nikkel gebaseerde kathodes met hoge capaciteit doen, in plaats van één. Dit omvatte het verlagen van de mangaanvalentie tot Mn2+ door enkele zuurstofanionen te vervangen door fluoranionen met een lagere waarde, terwijl sommige mangaankationen werden vervangen door niobium- en titaniumionen met een hogere waarde. Dit betekende dat dubbele redox van mangaankationen kon optreden van Mn2+ naar Mn4+, waardoor een groot deel van de lithiumionen van de kathode naar de lithiumanode kon bewegen zonder instabiel te worden.
‘Onze resultaten op laboratoriumschaal [battery cycling test] laten een behoorlijk hogere energiedichtheid van onze kathodes zien (~1000 Wh/kg) vergeleken met die van bestaande kathodes (600–700 Wh/kg)’, zegt Ceder. ‘Maar onze gegevens zijn niet op commerciële schaal, dus verdere tests en optimalisatie van onze materialen moeten volgen.’
‘Hoewel verdere verbeteringen in de cyclusstabiliteit nodig zijn voor praktische toepassingen, is de gerapporteerde strategie veelbelovend en maakt ze een brede verkenning van verschillende hoogwaardige kationen mogelijk’, zegt Gleb Yushin, die energieopslag onderzoekt aan het Georgia Institute of Technology, VS. ‘De noodzaak om de celspanning terug te brengen tot zeer lage waarden kan een barrière opwerpen voor toepassingen van de gerapporteerde technologie op elektronische apparaten, maar zou geen groot probleem moeten zijn voor toepassingen in de automobielsector.’
Tel: 86-0755-33065435
Mail: info@vtcpower.com
Website: www.vtcbattery.com
Adres: nr. 10, JinLing Road, Zhongkai Industrial Park, Huizhou City, China
Hot Keywords: polymeer-lithiumbatterij, fabrikant van polymeer-lithiumbatterijen, Lifepo4-batterij, lithium-ion-polymeer (LiPo) batterijen, Li-ion-batterij, LiSoci2, NiMH-NiCD-batterij, batterij BMS
Leer in het dagelijks leven meer over het gebruik van lithiumbatterijen, vooral oplaadapparaten en mobiele telefoons, om explosies te voorkomen die worden veroorzaakt door te lang opladen
