Litiumioniakkuihin menevät katodimateriaalit ovat välttämättömiä sähköajoneuvojen toiminnalle, mutta niiden valmistukseen liittyy aina monimutkaisia ja vettä kuluttavia prosesseja. Viime aikoina on kuitenkin edistytty, kun tutkijat ovat luoneet uuden tekniikan täysin kuivalla synteesillä, ja vuorisuolaoksidi voi tehdä parempia akkuja. Tämä voisi vähentää merkittävästi valmistuskustannuksia ja ympäristövaikutuksia.
Dalhousien yliopiston tutkijat ottivat merkittäviä edistysaskeleita kehittäessään täysin kuivaa synteesimenetelmää NMC622-katodimateriaaleille. Tämä prosessi voi leikata kustannuksia ja minimoida ympäristövaikutukset perinteisiin menetelmiin verrattuna.
Tutkimuksessa keskityttiin käyttämään kivisuolaoksidiprekursoreita NMC622-katodien luomiseen. Tätä menetelmää verrattiin perinteiseen hydroksidiprekursorimenetelmään ja tutkittiin erilaisten synteesiolosuhteiden vaikutuksia.
Keskeiset kohdat
- Täyskuiva synteesi RS-prekursoreita käyttäen näyttää lupaavalta kustannustehokas ja ympäristöystävällinen katodituotanto.
- Prosessi vaatii suurempia määriä litiumia haihtumishäviöiden kompensoimiseksi ja koostumuksen homogeenisuuden parantamiseksi.
- Nestemäinen Li2CO3 toimii virtauksena synteesin aikana, kiteisyyden parantaminen ja RS-prekursorin nopea litiaatio.
- NMC valmistettu RS-prekursoreista 20 % ylimäärä Li osoitti samanlaista alkuperäistä Coulombic-tehokkuutta, polarisaatiota ja kapasiteetin säilymistä HP-prekursoreista valmistetuilla NMC:illä.
” Litiumioniakkujen katodimateriaalin valmistus kuluttaa paljon energiaa ja vettä ja tuottaa jätettä. Sillä on suurin vaikutus ympäristöön, erityisesti akun hiilijalanjäljen osalta ”, sanoo tohtori Mark Obrovac.
Tutkijat analysoivat syntetisoitujen materiaalien rakenteellisia ja morfologisia ominaisuuksia käyttämällä erilaisia karakterisointitekniikoita, kuten:
- Röntgendiffraktio (XRD)
- Pyyhkäisyelektronimikroskooppi (SEM)
- Energiaa hajottava röntgenspektroskopia (EDS)
He havaitsivat, että parhaat katodit on valmistettu noin 5 mikronin levyisistä yksittäisistä kiteistä. Hienosäätämällä niiden ainesosia ja lämmitysolosuhteita tutkimusryhmä loi samanlaatuisia katodeja käyttämällä täysin kuivaa prosessia. Nämä katodit vastaavat suorituskykyään markkinoiden parhaiden tuotteiden kanssa.
Haasteet
- Litium reagoi hitaammin RS-esiasteiden kanssa kuin HP-esiasteet kuumennettaessa alle 723 °C:seen.
- RS-esiasteiden NMC:stä valmistetulla akulla on vähemmän yhtenäinen koostumus ja siksi pienempi kapasiteetti verrattuna HP-esiasteiden paristoihin.
- Tutkijoiden on tehtävä litiumin reaktiosta RS-prekursorimenetelmässä johdonmukainen ja nopeampi parempien akkujen saamiseksi.
Mahdollisia toimia käynnissä
Dr. Obrovac on solminut kumppanuuden Nova Scotiassa toimivan akkuyrityksen NOVONIXin kanssa . He käyttävät täysin kuivia menetelmiä katodimateriaalien valmistukseen Dartmouthin pilottitehtaalla. Tämä laitos voi tuottaa 10 tonnia katodimateriaalia vuodessa.
Perinteisiin märkämenetelmiin verrattuna niiden prosessi tarjoaa:
- 30 % pienemmät asennuskustannukset
- 50 % pienemmät käyttökustannukset
- 25 % vähemmän energiaa
- Käsiteltyä vettä ei tarvita
- Nolla jätettä
” Nämä ovat isoja lukuja, ja se on merkittävä muutos näiden akkumateriaalien tuotannossa. Sen pitäisi johtaa edullisempiin akkuihin, joiden ilmaston lämpenemistä koskeva jalanjälki on huomattavasti pienempi ”, lisää tohtori Mark Obrovac.
Yhteenveto
Tällä menetelmällä on valtava potentiaali tehdä akkutuotannosta ympäristöystävällisempää ja edullisempaa. Sähköautoteollisuudesta voitaisiin hyötyä merkittävästi, vaikka esteitä on edelleen. Tutkimuksen jatkuessa tämän innovatiivisen lähestymistavan merkitys kestävän akkuteknologian edistämisessä saattaa osoittautua tärkeäksi.
