Nyt materiale kan hjælpe med at reducere batteriomkostningerne til elbiler, mobiltelefoner

I kampen om batterierne, lithium-ion teknologi er den regerende mester, driver den mobiltelefon i lommen samt et stigende antal elbiler på vejen.

Men et nyt mangan- og natriumionbaseret materiale udviklet ved University of Texas i Dallas, i samarbejde med Seoul National University, kan blive en konkurrent, tilbyder en potentielt lavere pris, mere miljøvenlig mulighed for brændstof til næste generations enheder og elbiler.

Batteriomkostninger er et stort problem, sagde Dr. Kyeongjae Cho, professor i materialevidenskab og teknik på Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science og seniorforfatter af et papir, der beskriver det nye materiale i tidsskriftet Avancerede materialer .

Efterhånden som producenter - og forbrugere - presser på for flere elbiler (EV'er), litiumproduktion kan have svært ved at følge med den stigende efterspørgsel, Sagde Cho. Ifølge en nylig rapport fra Det Internationale Energiagentur, den globale elbilbeholdning overgik 2 millioner køretøjer i 2016 efter at have krydset 1 million -mærket i 2015. Rapporten bemærker, at, afhængigt af det politiske miljø, der er en god chance for, at den vil ligge mellem 9 millioner og 20 millioner inden 2020 og mellem 40 millioner og 70 millioner inden 2025.

Med hensyn til omkostningsbesparelser i EV -batteriet, at bruge natrium ville være billigere, fordi natrium er mere rigeligt, men det har nogle ulemper.

"Litium er en dyrere begrænset ressource, der skal udvindes fra kun få områder på kloden, "Cho sagde." Der er ingen mineproblemer med natrium - det kan udvindes fra havvand. Desværre, Selvom natriumionbatterier kan være billigere end dem, der bruger lithium, natrium har en tendens til at give 20 procent lavere energitæthed end lithium. "

Energitætheden, eller energilagringskapacitet, af et batteri bestemmer en enheds driftstid.

"Vi brugte vores tidligere erfaring og tænkte over disse spørgsmål - hvordan kan vi kombinere disse ideer til at finde på noget nyt for at løse problemet?" Sagde Cho.

Et batteri består af en positiv elektrode, eller anode; en negativ elektrode, eller katode; og en elektrolyt imellem. I et standard lithium-ion batteri, katoden er lavet af lithium, kobolt, nikkel og ilt, mens anoden er lavet af grafit, en type kulstof. Når batteriet oplades, lithiumioner bevæger sig gennem elektrolytten til anoden og fæstner sig til kulstoffet. Under udskrivning, litiumionerne bevæger sig tilbage til katoden og giver elektrisk energi til at køre enheder.

"Der var stort håb for flere år siden om at bruge manganoxid i lithium-ion-batterikatoder for at øge kapaciteten, men desværre, den kombination bliver ustabil, "Sagde Cho.

I designet designet af Cho og hans kolleger, natrium erstatter det meste af litium i katoden, og mangan bruges i stedet for de dyrere og sjældnere elementer kobolt og nikkel.

"Vores natriumionmateriale er mere stabilt, men det bevarer stadig lithiums høje energikapacitet, "Sagde Cho." Og vi mener, at dette er skalerbart, hvilket er hele pointen med vores forskning. Vi ønsker at lave materialet på en sådan måde, at processen er kompatibel med kommerciel masseproduktion. "

Baseret på deres viden om fysik og kemi i andre eksperimentelle materialer, forskerne angreb problemet med rationelt materialedesign. De kørte først computersimuleringer for at bestemme konfigurationen af ​​atomer, der viste mest løfte, inden de lavede og testede materialet i laboratoriet.

Cho sagde, at hans forskning ikke kun handler om at finde på et bedre batteri. Hvordan forskningen blev udført er lige så vigtig og interessant, han sagde.

"Da Thomas Edison forsøgte at udvikle en pære, han prøvede tusinder af forskellige materialer til glødetråden for at se, hvilke der fungerede, "Sagde Cho." For at løse meget vigtige ingeniørproblemer i samfundet i dag, vi skal udvikle masser af nye materialer - batterimaterialer, forureningsbekæmpelsesmaterialer og andre. Edison perfektionerede ét element - pæren - men vi har så mange flere teknologiske behov. Vi har ikke tid til fortsat at forsøge at finde løsningen ved et uheld. "