Mangan makeover for litium-ion-batterier
22. mars 2021 - lagring av litium-ion-batterienergi Litium-ion-energilagring
Koboltfrie katoder kan bekjempe forsyningsproblemer ved å bruke et av de billigste metallene som er tilgjengelig.
Amerikanske forskere har laget et litiumionbatteri som bruker mangan som katodemateriale i stedet for tradisjonell kobolt eller nikkel. Arbeidet kan tilby et billig og rikelig alternativ til disse stadig dyrere og begrensede ressursene, og gi en måte å møte den raskt økende etterspørselen etter litiumionenergilagring.
De fleste litiumionbatterikatoder har vært avhengige av kobolt eller nikkel fordi de lett holder strukturer lagdelt og ordnet. Men i 2014 viste en gruppe ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) ledet av Gerbrand Ceder at litium-ion-batterier med uordnet struktur kunne fungere så lenge de var rike på litium, noe som åpnet for muligheten for å prøve ut nye, og ev. bedre, materialer.
Ceder og kolleger ved University of California og Lawrence Berkeley National Laboratory, USA, har nå utviklet et litiumionbatteri med en uordnet manganbasert katode, og vist at det potensielt kan lagre mer energi enn kobolt eller nikkel. "Vår idé var at hvis vi kunne lage katoder der vi ikke bryr oss om lagdeling, kunne vi bruke et mye bredere spekter av metaller," sier hovedforfatter Jinhyuk Lee fra MIT. "Vi bestemte oss for å gå for mangan siden det er et av de billigste metallene som finnes."
Mangan brukes allerede i tradisjonelle lagdelte litiumionbatterikatoder, men som et stabiliserende metall med lite involvering i elektronlagring. Nylige forsøk på å lage katoder utelukkende fra uordnet mangan og andre metalloksider har vært begrenset fordi de blir ustabile og mister kapasitet på grunn av for mye oksygenredoksaktivitet når litiumioner beveger seg fra katoden til den litiumbaserte anoden under lading.
For å redusere denne aktiviteten og oppnå en manganoksidkatode med høy kapasitet, fant Ceders team en måte å få mangan til å utveksle to elektroner, som er hva nikkelbaserte katoder med høy kapasitet gjør, i stedet for én. Dette innebar å senke manganvalensen til Mn2+ ved å erstatte noen oksygenanioner med lavere valente fluoranioner mens man byttet noen mangankationer med høyere valente niob- og titanioner. Dette betydde at dobbel redoks av mangankationer kunne forekomme fra Mn2+ til Mn4+, slik at en høy brøkdel av litiumioner kunne bevege seg fra katoden til litiumanoden uten å bli ustabil.
«Laboratorieskalaen vår [batterisykkeltest] viser ganske høyere energitetthet for katodene våre (~1000 Wh/kg) sammenlignet med eksisterende katoder (600–700 Wh/kg),» sier Ceder. "Men våre data er ikke i kommersiell skala, så ytterligere tester og optimalisering av materialene våre bør følge."
"Selv om ytterligere forbedringer i syklusstabilitet er nødvendig for praktiske anvendelser, lover den rapporterte strategien stort og gir mulighet for en bred utforskning av forskjellige høyvalente kationer," kommenterer Gleb Yushin, som undersøker energilagring ved Georgia Institute of Technology, USA. "Behovet for å redusere cellespenningen til svært lave verdier kan skape en barriere for anvendelser av den rapporterte teknologien til elektroniske enheter, men bør ikke være en stor sak for bilapplikasjoner."
Tlf: 86-0755-33065435
E-post: info@vtcpower.com
Internett: www.vtcbattery.com
Adresse: No 10, JinLing Road, Zhongkai Industrial Park, Huizhou City, Kina
Populære nøkkelord: polymer litiumbatteri,polymer litiumbatteriprodusent,Lifepo4-batteri,Lithium-ion Polymer (LiPo)-batterier,Li-ion-batteri,LiSoci2,NiMH-NiCD-batteri,Batteri BMS
Lær mer om bruken av litiumbatterier i hverdagen, spesielt ladeenheter og mobiltelefoner, for å unngå eksplosjoner forårsaket av for lang lading
