Innováció

Japán tudósok rájöttek, hogyan lehet csökkenteni a lítium-ion akkumulátorok függőségét a ritka fémektől

NRGreport | 2022.05.02. 09:26

A Tohoku Egyetem (TU) tudósai olyan módszert mutatnak be, amely csökkentheti a lítiumion-akkumulátorok gyártása során a ritka fémektől való ipari függőséget.

A japán kutatók bebizonyították, hogy olcsóbb elemek felhasználásával megvalósítható az elektródanyagok szintézise a lítium-ion akkumulátorok (LIB) gyártása során. Az e témakörben végzett további vizsgálatok eredményeként arra jutottak, hogy jelentősen csökkenhető az ipar függősége a ritka fémektől, például a kobaltól és a nikkeltől.

A tanulmány eredményeit 2022. április 11-én tették közzé az American Chemical Society ’ACS Applied Energy Materials’ című folyóiratában.

Miért alkalmaznak ritka fémeket a termelésben?

A ritka fémeket széles körben hasznosítják, mert megfelelő kristályszerkezetet alkotnak a Lítiumion-akkumulátorok egyik kulcsfontosságú összetevőjéhez, a katódanyagokhoz, és ezekből az anyagokból a lítium könnyen és visszafordíthatóan kivonható.

Ez azonban drága, ezért a tudósok alternatív, alacsonyabb költségű módszereket keresnek a kristályszerkezetbe való beépítésre. Ezidáig többször szembesültek azzal a problémával, hogy más elemek oldhatósága jelentősen korlátozott.

Hogyan fedezték fel a tudósok az új módszert?

A TU kutatócsapata, amelyet Tetsu Ichitsubo professzor, a TU Anyagkutató Intézet (IMR) munkatársa vezetett, egy sajátos stratégiát alkalmazott. A “konfigurációs entrópiát” – azaz az anyag kiszámíthatatlan állapota okán – keletkező energiamennyiséget kihasználva a kutatócsoport kibővítette az alkotóelemek oldhatóságát, és így új összetételű elektródanyagokat szintetizált: LiCr1/4Mn1/4Co1/4Ni1/4O2and LiCr1/5Mn1/5Fe1/5Co1/5Ni1/5O2.

Ez jelentősen csökkentette a kobalt és a nikkel felhasználását. Ichitsubo kifejtette: “Megközelítésünk felszabadítja a többi, eddig nem használt elemben rejlő lehetőségeket, és lehetővé teszi, hogy a rugalmas anyagtervezésnek köszönhetően egyszerre több elektródtulajdonságot optimalizáljunk”.

Milyen előnyökkel jár ez?

A kutatók megjegyezték, hogy az új módszerrel szintetizált anyagok javíthatják a Litiumion-akkumulátorok biztonságát is. Tomoya Kawaguchi, az IMR adjunktusa és a tanulmány levelező szerzője elmondta: “A konfigurációs entrópia növelése elméletileg növeli az elektróda anyagának stabilizálódását is, ami hozzájárul az egész akkumulátor biztonságához”.

Ichitsubo és kutatócsoportja emellett tisztázta az akkumulátor ciklusát befolyásoló degradációs mechanizmusokat is ezekkel az új anyagokkal. Ez iránymutatásul szolgál majd a nagyentrópiás stratégiát alkalmazó új, nagy teljesítményű anyagok kifejlesztéséhez.

Bár a ciklikálhatóság és a kapacitás jelenleg nem felelt meg a hagyományos lítiumion-akkumultároknak, az új elektródanyagok szintézisének képessége további utakat nyithat az ezirányú kutatás előtt.

 

Forrás: innovationnewsnetwork

Fotó: pexels

 

  NRGreport
Bejegyzés megosztása
Ajánlott cikkek
Iratkozz fel hírlevelünkre!
©2022 NRGREPORT, Minden jog fenntartva.