Катодные материалы, которые входят в состав литий-ионных аккумуляторов, необходимы для работы электромобилей, однако их производство всегда включает сложные и водоемкие процессы. Однако в последнее время наблюдается прогресс, когда исследователи создают новую технологию с полностью сухим синтезом, а оксид каменной соли может производить более качественные аккумуляторы. Это может значительно снизить производственные расходы и воздействие на окружающую среду.
Исследователи из Университета Далхаузи добились значительных успехов в разработке полностью сухого метода синтеза катодных материалов NMC622. Этот процесс может снизить затраты и минимизировать воздействие на окружающую среду по сравнению с традиционными методами.
В исследовании основное внимание уделялось использованию оксидных прекурсоров типа каменной соли (RS) для создания катодов NMC622. Этот метод сравнивали с традиционным подходом с использованием гидроксидных прекурсоров (HP) и исследовали влияние различных условий синтеза.
Ключевые моменты
- Полностью сухой синтез с использованием RS-прекурсоров показывает многообещающие результаты Экономически эффективное и экологически чистое производство катодов.
- Для компенсации потерь при испарении и улучшения однородности состава в этом процессе требуется большее количество лития.
- Жидкий Li2CO3 действует как флюс во время синтеза, улучшение кристалличности и быстрое литирование RS-предшественника.
- NMC из RS-прекурсоров с 20% избыток Li показали схожую начальную кулоновскую эффективность, поляризацию и сохранение емкости с NMC, изготовленными из HP-прекурсоров.
« Производство катодного материала для литий-ионных аккумуляторов требует больших затрат энергии и воды, а также приводит к образованию отходов. Оно оказывает наибольшее воздействие на окружающую среду, особенно на выбросы CO2 от батарей », — говорит доктор Марк Обровац.
Структурные и морфологические свойства синтезированных материалов были проанализированы исследователями с использованием различных методов характеризации, таких как:
- Рентгеновская дифракция (XRD)
- Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)
- Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (ЭДС)
Они обнаружили, что лучшие изготавливаются из монокристаллов с частицами размером около 5 микрон. Тщательно подобрав ингредиенты и условия нагрева, исследовательская группа создала катоды аналогичного качества, используя полностью сухой процесс. Эти катоды соответствуют характеристикам лучших продуктов, представленных сегодня на рынке.
Задачи
- Литий реагирует медленнее с RS-прекурсорами, чем с HP-прекурсорами при нагревании ниже 723° C.
- Аккумуляторы, изготовленные на основе NMC из RS-прекурсоров, имеют менее однородный состав и, следовательно, меньшую емкость по сравнению с аккумуляторами из HP-прекурсоров.
- Исследователям необходимо сделать реакцию лития в методе прекурсора RS последовательной и быстрой для получения более качественных аккумуляторов.
Возможные действия в процессе реализации
Доктор Обровац заключил партнерское соглашение с компанией NOVONIX , производителем аккумуляторов из Новой Шотландии. На своем пилотном заводе в Дартмуте они используют полностью сухие методы производства катодных материалов. Этот завод способен производить 10 тонн катодного материала в год.
По сравнению с традиционными мокрыми методами, их процесс обеспечивает:
- На 30% ниже затраты на установку
- Эксплуатационные расходы ниже на 50%
- Энергопотребление на 25% меньше
- Нет необходимости в обработанной воде
- Нулевое образование отходов
« Это впечатляющие цифры, это настоящий прорыв в производстве этих аккумуляторных материалов. В результате должны получиться более дешевые батареи с существенно меньшим воздействием на глобальное потепление », — добавляет доктор Марк Обровац.
Заключение
Этот метод демонстрирует огромный потенциал для того, чтобы сделать производство аккумуляторов более экологичным и доступным. Индустрия электромобилей может получить значительную выгоду, даже несмотря на сохраняющиеся препятствия. По мере продолжения исследований важность этого инновационного подхода в продвижении устойчивой технологии аккумуляторов может оказаться важной.
