Forskere udvikler et nyt katodemateriale til metal-ion-batterier

Forskere fra Skoltech Center for Energividenskab og Teknologi (CEST) skabte et nyt katodemateriale baseret på titaniumfluoridfosfat, som opnåede overlegen energiydelse og stabil drift ved høje udladningsstrømme. Resultaterne af deres undersøgelse blev offentliggjort i Naturkommunikation .

I dag, den hurtige udvikling af elektrisk transport og vedvarende energikilder kræver kommercielt tilgængelige, sikre og billige energilagringsløsninger baseret på metalion-batterier. Den høje pris på eksisterende lithium-ion-teknologi er en stor hindring, hvilket forværres yderligere af spekulationer om, at verden snart kan løbe tør for lithium og kobolt, der er afgørende for produktionen af ​​katoden, som bestemmer dens funktionelle egenskaber og energiydelse.

Søgningen efter en alternativ teknologi involverer en enorm indsats for at skabe batterier ved hjælp af mere tilgængelige og billigere elementer såsom kalium i stedet for lithium. Hvad angår kobolt, det kan erstattes af de mere almindelige og miljøvenlige elementer jern, mangan og titanium.

Det 10. mest almindelige grundstof i jordskorpen, titanium udvindes over hele verden, og de vigtigste titaniumholdige reagenser er let tilgængelige, stabil og ikke-giftig. Men på trods af disse åbenlyse fordele, det lave elektrokemiske potentiale, der begrænser batteriets opnåelige specifikke energi, har længe været en stor anstødssten for at bruge titaniumforbindelser i katodematerialer.

Det lykkedes for Skoltech-forskere at skabe et kommercielt attraktivt avanceret katodemateriale baseret på titaniumfluoridphosphat, KTiPO ₄ F, udviser et højt elektrokemisk potentiale og hidtil uset stabilitet ved høje ladnings-/afladningshastigheder.

Professor Stanislav Fedotov, siger, "Dette er et usædvanligt resultat, der bogstaveligt talt ødelægger det dominerende paradigme, der længe har været til stede i "batterisamfundet", og siger, at titanium-baserede materialer kun kan fungere som anoder, på grund af titaniums lave potentiale. Vi mener, at opdagelsen af ​​højspændings-KTiPO ₄ F kan sætte skub i søgningen og udviklingen af ​​nye titaniumholdige katodematerialer med unikke elektrokemiske egenskaber."

Professor Artem Abakumov, direktør for CEST, siger, "Fra perspektivet af uorganisk kemi og faststofkemi, dette er et glimrende eksempel, der endnu en gang viser, at snarere end blindt at følge de almindeligt accepterede dogmer, vi bør se på tingene med åbne øjne. Hvis du vælger den rigtige kemiske sammensætning, krystalstruktur og syntesemetode, det umulige bliver muligt, og du kan finde nye materialer med uventede egenskaber og nye muligheder for praktiske anvendelser. Dette er blevet glimrende demonstreret af professor Fedotov og hans team."