Forbedring af høj-nikkel lagdelte oxidkatoder til lithium-ion-batterier

Lithium-baserede batterier bruges til at drive de fleste eksisterende elektriske køretøjer, men den tid, de kan holde et køretøj i gang, før de skal oplades, er stadig noget begrænset. I fremtiden, høj-nikkel lagdelt oxid katode materialer kunne bidrage til at øge rækkevidden af ​​elektriske køretøjer, muliggør udvikling af billigere og bedre ydende lithium-ion-batterier.

I øjeblikket, de fleste kommercielt tilgængelige lithium-ion-batterier bruger en betydelig mængde kobolt i en af ​​deres elektroder. Alligevel er kobolt dyrt og ikke særligt rigeligt i naturen, hvilket øger fremstillingsomkostningerne for lithium-baserede batterier markant.

Forskere verden over har for nylig forsøgt at identificere nye designstrategier, der kan lette udbredt brug af disse batterier, da dette igen kan reducere priserne på elbiler og øge sandsynligheden for, at de bliver vedtaget i stor skala. Dette kan i sidste ende opnås ved at identificere mere rigelige materialer, der kunne bruges i lithium-baserede batterier, kommer med nye kompositioner, udtænke nye produktionsprocesser og introducere alternative strukturelle designs.

I et papir udgivet i Naturenergi , forskere ved University of Texas i Austin har skitseret flere designovervejelser for høj-nikkel lagdelte oxidkatoder, der kunne implementeres i lithiumbaserede batterier i løbet af det næste årti eller deromkring. Deres undersøgelse opsummerer nogle af de udfordringer, der typisk støder på, når man forsøger at maksimere energiproduktionen af ​​høj-nikkel-lagede oxidkatoder, mens man også sammenligner nogle nye designs til skabelsen af ​​lithium-baserede batterier med en nul-kobolt kemi.

"Når vi bevæger os fremad med elektrificering af transportsektoren, tilgængelighed og overkommelighed af kobolt kan blive en hindring for den udbredte kommercialisering af lithium-ion-batterier, "Arumugam Manthiram, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Nøgleformålet bag vores undersøgelse var således at reducere eller eliminere kobolt og øge nikkel i et lithium-ion-batteris elektrode."

Den vigtigste fordel ved at bruge nikkel i stedet for kobolt i elektroder er, at det er billigere og lettere at finde. I øvrigt, elektroder med højt nikkelindhold opnår en højere ladningskapacitet, energitæthed, og længere driftstider mellem ladninger end katoder med store mængder kobolt.

Desværre, imidlertid, lagdelte oxidkatoder, der indeholder store mængder nikkel, kan være meget vanskelige at syntetisere, mens de stadig opretholder en god ydeevne. I deres undersøgelse, Manthiram og hans kolleger foreslog en række strategier, der kunne optimere disse nuværende synteseprocesser.

"Vores mest betydningsfulde præstationer er, at vi var i stand til at syntetisere elektrodematerialer med højt nikkelindhold og lavere koboltindhold med god ydeevne i lithium-ion-batterier, " sagde Manthiram. "Men, elektrodematerialerne med højt nikkelindhold er modtagelige for at blive nedbrudt, når de udsættes for luft. På nuværende tidspunkt, vi fokuserer på at stabilisere dem for at opnå bedre stabilitet i luften. "

Undersøgelsen udført af Manthiram og hans kolleger skitserer en række værdifulde designovervejelser, der snart kan muliggøre udviklingen af ​​billigere og bedre ydende lithium-baserede batterier ved hjælp af høj-nikkel lagdelte oxidkatoder. Forskerne gennemførte også en generel evaluering af stabiliseringsteknikker, der potentielt kunne lette den udbredte brug af lithium-ion-batterier, hjælpe lande verden over med at nå deres køretøjs elektrificeringsmål.

"Vi fokuserer nu på yderligere at optimere sammensætningen og stabiliseringen af ​​de elektrodematerialer, vi udviklede, samt at skalere dem op, "Sagde Manthiram.

© 2020 Science X Network