Катоди без кобалт увеличават енергийната плътност на литиевите батерии

Изследователи от американската Национална лаборатория „Оук Ридж“ (ORNL) са разработили ново семейство катоди с потенциал да заменят скъпите катоди на основата на кобалт, които обикновено се срещат в днешните литиево-йонни батерии, захранващи всичко – от електрически превозни средства до дребна потребителска електроника.

Новият клас е наречен NFA. Това обозначава катод на основата на никел, желязо и алуминий. Той е дериват на литиевия никелат и може да се използва за получаване на положителния електрод на литиево-йонната батерия. Новите катоди са проектирани да бъдат бързо зареждащи се, с висока енергийна плътност, рентабилни и дълготрайни.

С нарастването на производството на преносима електроника и електрически превозни средства по целия свят литиево-йонните батерии стават все по-търсени. Според Илиас Белхаруак, главният учен на лабораторията, ръководещ изследванията и разработките на NFA, към 2030 година по света навярно ще има над 20 милиона електрически превозни средства. Кобалтът е метал, необходим за изработването на батериите за тези коли. Той е нужен за направата на катода, съответно формира значителната част от разхода за литиево-йонните батерии.

В същото време кобалтът е рядък и се добива на малко места по света, което затруднява придобиването и производството на катоди. Заради проблема намирането на алтернативен на кобалта материал, който може да бъде добиван рентабилно, се превърна в приоритет на не едно и две изследвания в областта на литиево-йонните батерии.

Учените от ORNL са тествали ефективността на NFA катодите и са стигнали до извода, че те са обещаващи заместители на катодите на базата на кобалт, както е описано в публикациите в журналите Advanced Materials и Journal of Power Sources. Изследователите са използвали неутронна дифракция, Мосбауерска спектроскопия и други усъвършенствани техники, за да изследват NFA катодите като микроструктура, атомна структура и електрохимични свойства.

„Нашите проучвания на поведението на зареждане и разреждане на NFA показаха, че тези катоди претърпяват подобни електрохимични реакции като катодите на основата на кобалт и доставят достатъчно висок специфичен капацитет, за да отговорят на изискванията за енергийна плътност на батерията“, каза Белхаруак.

Макар че изследванията на NFA са в ранните етапи, Белхаруак казва, че предварителните резултати на неговия екип до момента показват, че кобалтът може да не е необходим за литиево-йонните батерии от следващо поколение. „Разработваме катод, който има подобни или даже по-добри електрохимични характеристики от катодите на основата на кобалт, като същевременно използва суровини с по-ниска цена“, каза той.

Наред с това е важно да се знае, че процесът за производство на NFA катоди може лесно да бъде интегриран в съществуващите глобални процеси на производство на катоди.

„Литиевият никелат отдавна е изследван като материал по избор за изработване на катоди, но страда от някои структурни и електрохимични нестабилности“, каза той. „В нашето изследване заменихме част от никела с желязо и алуминий, за да подобрим стабилността на катода. Желязото и алуминият са икономически ефективни, устойчиви и екологични материали.“

Графика: Анди Спролес, ORNL, Министерство на енергетиката, САЩ

Коментари

Напиши коментар

E-mail адресът Ви няма да бъде публикуван




*