A szöuli Nemzeti Tudományos és Technológiai Egyetem (Seoultech) kutatói jelentős áttörést értek el a lítium-ion akkumulátortechnológiában, amely megbízhatóbb és költséghatékonyabb elektromos járműveket és energiatároló rendszereket ígér – írja az Interesting Engineering.
„A fenntartható akkumulátorok iránti globális kereslet növekedésével a lítium-ion akkumulátorok kerültek előtérbe mint energiatárolási megoldások” – mondták a kutatók.
A kutatócsoport egy új technikát dolgozott ki a magas feszültségű LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄ (LNMO) katódok teljesítményének és stabilitásának javítására, amely ígéretes anyagnak számít a nagy energiatároló akkumulátorok számára.
„Az LNMO katódok teljesítményének növelésére egy K2CO3-mal gazdagított külső felületet és egy részben delítiumozott felszínt hoztunk létre az LNMO részecskékben, KOH-asszisztált nedves kémiai módszer segítségével. Ezeknek a rétegeknek a szinergikus hatása figyelemre méltó elektrokémiai töltés-/kisütési ciklus teljesítményt és megnövekedett hőstabilitást eredményezett az LNMO katódoknál. – magyarázta Han Dongwook professzor, a csapat vezetője.”
Folyamatosan új kutatások látnak napvilágot az energiatárolás kapcsán. (Fotó: Unsplash)
Az LNMO-t régóta ígéretes anyagként tartják számon a magas feszültségű katódok számára, mivel rendelkezik a szükséges hőstabilitással és költséghatékonysággal.
„Alkalmazását mégis korlátozták a nem kívánt mellékreakciók, mint például az elektrolit-degradáció, amelyek csökkentik teljesítményét az idő múlásával” – hangsúlyozták a kutatók.
A bomlás a katód és az elektrolit közötti felületen történik, ami az akkumulátorban az ionokat vezető folyadék. Ez a bomlás egy ellenálló réteg kialakulásához vezet a katód felületén, ami gátolja a lítiumionok áramlását, és végül az akkumulátor teljesítményének romlásához vezet. Ennek a problémának a leküzdése érdekében alkalmazott Han professzor és csapata egy kifinomult kettős mérnöki megközelítést.
A kutatók a LNMO részecskék felszín alatti részében lítiummentes utakat hoztak létre, amelyek gyorsabb és hatékonyabb lítiumion migrációt tettek lehetővé. Ez a fejlesztett lítiumion szállítás javítja az akkumulátor töltési és kisütési sebességét. Ezután a kutatók egy védőréteget alkalmaztak K₂CO₃-ból az LNMO részecskék felületén.
A réteg akadályozza meg az elektrolit bomlását, és ellehetetleníti a teljesítményt gátló ellenálló réteg kialakulását. A védőréteg jelentősen javítja az akkumulátor ciklusélettartamát és általános stabilitását. A tesztek során a felületmérnöki katódok kiemelkedő teljesítményt mutattak.
„A katódok kb. 110 mAh/g kisütési kapacitást mutattak, 97%-os kapacitásmegtartással 100 ciklus után. Ez jelentős javulás az 89 mAh/g kisütési kapacitáshoz és a 91%-os megtartáshoz képest, amit az érintetlen LNMO katódok mutattak” – tették hozzá a kutatók.
„Úgy gondoljuk, hogy ez elősegíti az akkumulátorok magasabb szintre emelését nagy teljesítményű elektromos járművek és energiatároló rendszerek esetében, lehetővé téve a nagy energiasűrűséget és kivételes biztonságot” – fejezte be Han professzor.
Az iparágban az utóbbi időben számos fejlesztés történt. Az Egyesült Államokban működő Anthro Energy cég nemrégiben bemutatta a Proteus elektrolit technológiáját, amelyet az akkumulátorok számára áttörést hozó újításnak tartanak. A cég szerint az anyag képes folyadékból szilárddá változni, így erősebb, tartósabb és biztonságosabb akkumulátorok készíthetők belőle.
Emellett több előrelépés is történt a lítium kinyerési folyamatok hatékonyságának növelésében. A Penn State kutatói egy elektrokémiai módszert dolgoztak ki a lítium ércből való kinyerésére, amely 92%-os hatékonyságot és 75%-os emissziócsökkentést eredményez.
Kiemelt kép: Unsplash
Devenyi Dalma
