Materiały katodowe wchodzące w skład baterii litowo-jonowych są niezbędne do funkcjonowania pojazdów elektrycznych, jednak ich produkcja zawsze wiąże się ze złożonymi i wymagającymi dużej ilości wody procesami. Jednak ostatnio nastąpił postęp w zakresie tworzenia przez naukowców nowej techniki z całkowicie suchą syntezą i tlenkiem soli kamiennej, co może prowadzić do lepszych baterii. To może znacznie obniżyć koszty produkcji i wpływ na środowisko.
Naukowcy z Uniwersytetu Dalhousie poczynili znaczące postępy w opracowaniu metody suchej syntezy materiałów katodowych NMC622. Proces ten może obniżyć koszty i zminimalizować wpływ na środowisko w porównaniu z metodami tradycyjnymi.
Badania koncentrowały się na wykorzystaniu prekursorów tlenków soli kamiennej (RS) do wytwarzania katod NMC622. Porównano tę metodę z konwencjonalnym podejściem z prekursorami wodorotlenkowymi (HP) i zbadano wpływ różnych warunków syntezy.
Najważniejsze miejsca w Lenno
- Całkowicie sucha synteza z wykorzystaniem prekursorów RS daje obiecujące rezultaty opłacalna i przyjazna dla środowiska produkcja katod.
- Proces ten wymaga większych ilości litu w celu skompensowania strat spowodowanych parowaniem i poprawy jednorodności składu.
- Ciekły Li2CO3 pełni funkcję topnika podczas syntezy, poprawa krystaliczności i szybka litionizacja prekursora RS.
- NMC wytwarzany z prekursorów RS z 20% nadmiaru litu wykazały podobną początkową wydajność kulombowską, polaryzację i zachowanie pojemności jak NMC wytworzone z prekursorów HP.
„ Wytwarzanie katod litowo-jonowych wymaga dużej ilości energii i wody oraz generuje odpady. Ma to największy wpływ na środowisko, zwłaszcza na ślad węglowy baterii ” – mówi dr Mark Obrovac.
Właściwości strukturalne i morfologiczne syntetyzowanych materiałów zostały przeanalizowane przez badaczy przy użyciu różnych technik charakteryzacji, takich jak:
- Dyfrakcja promieni rentgenowskich (XRD)
- Mikroskopia elektronowa skaningowa (SEM)
- Spektroskopia rentgenowska z dyspersją energii (EDS)
Odkryli, że najlepsze z nich są wykonane z monokryształów o cząsteczkach o szerokości około 5 mikronów. Dzięki precyzyjnemu dopracowaniu składników i warunków ogrzewania, zespół badawczy stworzył katody o podobnej jakości, stosując proces całkowicie suchy. Katody te dorównują wydajnością najlepszym produktom dostępnym obecnie na rynku.
Czy wiesz, że: Naukowcy z Uniwersytetu Tohoku wykorzystują nieuporządkowane tlenki soli kamiennej do akumulatorów magnezowych
Wyzwania
- Lit reaguje z prekursorami RS wolniej niż z prekursorami HP, gdy jest podgrzewany do temperatury poniżej 723° C.
- Akumulatory wykonane z NMC z prekursorów RS mają mniej jednorodny skład i w związku z tym mniejszą pojemność w porównaniu do akumulatorów z prekursorów HP.
- Naukowcy muszą sprawić, aby reakcja litu w metodzie prekursora RS była spójna i szybsza, co pozwoli na produkcję lepszych baterii.
Potencjalne działania w toku
Dr Obrovac nawiązał współpracę z NOVONIX , firmą produkującą baterie z Nowej Szkocji. W swoim zakładzie pilotażowym w Dartmouth firma ta stosuje metody całkowicie suche do produkcji materiałów katodowych. Zakład ten może produkować 10 ton materiału katodowego rocznie.
W porównaniu do tradycyjnych metod mokrych, ich proces oferuje:
- O 30% niższe koszty konfiguracji
- O 50% niższe koszty eksploatacji
- O 25% mniejsze zużycie energii
- Nie ma potrzeby stosowania przetworzonej wody
- Zerowa generacja odpadów
„ To duże liczby, to prawdziwy przełom w produkcji tych materiałów akumulatorowych. Powinno to skutkować obniżeniem kosztów baterii i znacznie mniejszym wpływem na globalne ocieplenie ” – dodaje dr Mark Obrovac.
Wniosek
Ta metoda wykazuje ogromny potencjał, aby uczynić produkcję baterii bardziej przyjazną dla środowiska i bardziej przystępną cenowo. Branża pojazdów elektrycznych mogłaby odnieść znaczne korzyści, mimo że przeszkody nadal istnieją. W miarę kontynuowania badań znaczenie tego innowacyjnego podejścia w rozwijaniu zrównoważonej technologii baterii może okazać się ważne.
