Вы здесь

Дешевые марганцевые катоды увеличат емкость батарей вдвое

Дешевые марганцевые катоды увеличат емкость батарей вдвое

Литиевые батареи сегодня потребляют более половины кобальта, производимого в мире. С 2016 г. цена этого элемента выросла более, чем в три раза в условиях обострившейся конкуренции, в том числе, со стороны производителей электромобилей, а Samsung и Apple наперегонки выкупают кобальт на многие годы вперёд прямо на шахтах в Демократической Республике Конго, на которые приходится почти 60% глобальной добычи этого металла.

Способ снизить зависимость индустрии от нестабильных поставок кобальта предлагает профессор материаловедения Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) Гербранд Цедер (Gerbrand Ceder). Проделанная его группой работа не только открывает возможность использования в батареях других металлов вместо кобальта, но и позволяет создавать катоды, удерживающие в полтора раза больше ионов лития, чем сейчас.

Статья об этом исследовании, была опубликована в журнале Nature 12 апреля.

В сегодняшних батареях ионы лития запасаются в катодах, имеющих слоистую структуру. В процессе зарядки эти ионы покидают катод и переходят в анод. Другие металлы, присутствующие в катоде, стремятся заполнить оставшиеся от лития пустоты, из-за чего структура слоёв необратимо нарушается. Кобальт является редким исключением и именно поэтому он так важен.

В лаборатории Цедера ещё четыре года назад было сделано знаменательное открытие: оказалось, что и без этих слоёв катод может сохранять высокую энергоёмкость. Новая работа показала, что в открытую тогда концепцию «неупорядоченных каменных солей» отлично вписывается элемент марганец, добываемый буквально из грязи под ногами.

«Впервые у нас появился действительно дешевый элемент, который способен обеспечить большой обмен электронами в батареях», – отметил профессор Цедер.

Используя процедуру легирования фтором, учёные смогли создать в катоде высокую концентрацию ионов марганца, что в свою очередь позволяет удерживать там больше ионов лития, увеличивая энергоёмкость батареи.

Измеренная экспериментально удельная ёмкость «неупорядоченного» марганцевого катода приближалась к значению 1000 Вт ч/кг. У типичных катодов литий-ионных батарей удельная ёмкость находится в диапазоне 500-700 Вт ч/кг.

По мнению Цедера, то, получит ли новая технология воплощение в практичных конструкциях батарей, имеет второстепенное значение. Подлинная суть открытия в том, что инженеры внезапно получили свободу выбора: право использовать почти любой из элементов периодической таблицы в катодах, которые больше не обязаны иметь упорядоченную, слоистую структуру.

Категория: 
ХИТ

Добавить комментарий