Mangan makeover för litiumjonbatterier
22 mars 2021 - energilagring av litiumjonbatterier Litiumjonenergilagring
Koboltfria katoder skulle kunna bekämpa försörjningsproblem genom att använda en av de billigaste metallerna som finns.
Amerikanska forskare har tillverkat ett litiumjonbatteri som använder mangan som katodmaterial istället för traditionell kobolt eller nickel. Arbetet kan erbjuda ett billigt och rikligt alternativ till dessa allt dyrare och begränsade resurser, vilket ger ett sätt att möta den snabbt växande efterfrågan på lagring av litiumjonenergi.
De flesta litiumjonbatterikatoder har varit beroende av kobolt eller nickel eftersom de lätt håller strukturer skiktade och ordnade. Men 2014 visade en grupp vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) under ledning av Gerbrand Ceder att litiumjonbatterier med en oordnad struktur kunde fungera så länge de var rika på litium, vilket öppnade upp möjligheten att prova nya, och ev. bättre, material.
Ceder och kollegor vid University of California och Lawrence Berkeley National Laboratory, USA, har nu utvecklat ett litiumjonbatteri med en oordnad manganbaserad katod och visat att det potentiellt kan lagra mer energi än kobolt eller nickel. "Vår idé var att om vi kunde göra katoder där vi inte bryr oss om skiktning, kan vi använda ett mycket bredare spektrum av metaller", säger huvudförfattaren Jinhyuk Lee från MIT. "Vi bestämde oss för att välja mangan eftersom det är en av de billigaste metallerna som finns."
Mangan används redan i traditionella skiktade litiumjonbatterikatoder men som en stabiliserande metall med liten inblandning i elektronlagring. Nyligen genomförda försök att tillverka katoder enbart av oordnat mangan och andra metalloxider har begränsats eftersom de blir instabila och tappar kapacitet på grund av för mycket syreredoxaktivitet när litiumjoner rör sig från katoden till den litiumbaserade anoden under laddning.
För att minska denna aktivitet och få en manganoxidkatod med hög kapacitet, hittade Ceders team ett sätt att få mangan att byta ut två elektroner, vilket är vad nickelbaserade katoder med hög kapacitet gör istället för en. Detta innebar att man sänkte manganvalensen till Mn2+ genom att ersätta vissa syreanjoner med lägre valenta fluoranjoner samtidigt som man bytte mangankatjoner med högre valenta niob- och titanjoner. Detta innebar att dubbel redox av mangankatjoner kunde inträffa från Mn2+ till Mn4+, vilket gjorde att en hög andel litiumjoner kunde flytta från katoden till litiumanoden utan att bli instabila.
"Vår labbskala [battericykeltest] visar ganska högre energitäthet för våra katoder (~1000 Wh/kg) jämfört med den för befintliga katoder (600–700 Wh/kg)," säger Ceder. "Men vår data är inte i kommersiell skala, så ytterligare tester och optimering av vårt material bör följa."
"Medan ytterligare förbättringar av cykelstabilitet behövs för praktiska tillämpningar, lovar den rapporterade strategin stort och möjliggör en bred utforskning av olika högvalenta katjoner", kommenterar Gleb Yushin, som undersöker energilagring vid Georgia Institute of Technology, USA. "Behovet av att minska cellspänningen till mycket låga värden kan skapa en barriär för tillämpningar av den rapporterade tekniken på elektroniska enheter, men borde inte vara en stor sak för fordonstillämpningar."
Tel: 86-0755-33065435
Mail: info@vtcpower.com
Webbplats: www.vtcbattery.com
Adress: No 10, JinLing Road, Zhongkai Industrial Park, Huizhou City, Kina
Heta nyckelord: polymer litiumbatteri,polymer litiumbatteritillverkare,Lifepo4-batteri,Lithium-ion Polymer (LiPo)-batterier,Li-ion-batteri,LiSoci2,NiMH-NiCD-batteri,Batteri BMS
I det dagliga livet, lär dig mer om användningen av litiumbatterier, särskilt laddningsenheter och mobiltelefoner, för att undvika explosioner orsakade av laddning under för lång tid
