Mangan makeover för litiumjonbatterier
22 mars 2021 - litiumjonbatteri energilagring litiumjon energilagring
Koboltfria katoder kan bekämpa försörjningsproblem genom att använda en av de billigaste metallerna som finns tillgängliga.
Amerikanska forskare har gjort ett litiumjonbatteri som använder mangan som katodmaterial istället för traditionell kobolt eller nickel. Arbetet kan erbjuda ett billigt och rikligt alternativ till dessa alltmer dyra 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 enkelt håller strukturerna skiktade och ordnade. Men 2014 visade en grupp vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) under ledning av Gerbrand Ceder att litiumjonbatterier med en orolig struktur kunde fungera så länge de var rika på litium, vilket öppnade för möjligheten att testa nya och möjligen bättre, material.
Ceder och kollegor vid University of California och Lawrence Berkeley National Laboratory, USA, har nu utvecklat ett litiumjonbatteri med en orörd manganbaserad katod och visat att det potentiellt kan lagra mer energi än kobolt eller nickel. â € ˜Vis idé var att om vi kunde skapa katoder där vi inte bryr oss om skiktning, kan vi använda ett mycket bredare spektrum av metaller, säger huvudförfattaren Jinhyuk Lee från MIT. â € ˜Vi bestämde oss för att gå på mangan eftersom det är en av de billigaste metallerna som finns tillgängliga.â € ™
Mangan används redan i traditionella skiktade litiumjonbatterikatoder men som en stabiliserande metall med liten inblandning i elektronlagring. De senaste försöken att göra katoder enbart från orörd mangan och andra metalloxider har varit begränsade 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 för att erhålla en hög kapacitet manganoxid katod, hittade Ceder team ett sätt att få mangan att utbyta 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 medan man bytte vissa mangankatjoner med högre valenta niob- och titanjoner. Detta innebar att dubbel redox av mangankatjoner kunde inträffa från Mn2 + till Mn4 +, vilket möjliggjorde en hög andel litiumjoner att flytta från katoden till litiumanoden utan att bli instabil.
”Våra laboratorieskalor [batteriets cykeltest] visar en ganska högre energitäthet hos våra katoder (~ 1000 Wh / kg) jämfört med befintliga katoder (600–700 Wh / kg), säger Ceder. â € ˜Men våra uppgifter är inte i kommersiell skala, så ytterligare tester och optimering av våra material bör följa.â € ™
”Medan ytterligare förbättringar av cykelstabilitet behövs för praktiska tillämpningar, har den rapporterade strategin ett stort löfte och möjliggör en bred utforskning av olika högvalenta katjoner,” kommenterar Gleb Yushin, som undersöker energilagring vid Georgia Institute of Technology , USA. â € ˜ 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 fordonsapplikationer.
Tel: 86-0755-33065435
Mail: info@vtcpower.com
Webb: www.vtcbattery.com
Adress: No 10, JinLing Road, Zhongkai Industrial Park, Huizhou City, Kina
Heta nyckelord: polymerlitiumbatteri, polymerlitiumbatteritillverkare, Lifepo4-batteri, Litiumjonpolymerbatterier (LiPo), Li-ionbatteri, LiSoci2, NiMH-NiCD-batteri, Batteri BMS
Lär dig mer om användningen av litiumbatterier, särskilt laddningsenheter och mobiltelefoner i det dagliga livet, för att undvika explosioner orsakade av laddning för länge
