Katodmaterialen som ingår i litiumjonbatterier är väsentliga för att elektriska fordon ska fungera, men deras produktion involverar alltid komplexa och vattenintensiva processer. Men det har gjorts nyligen framsteg med forskare som skapat en ny teknik med helt torr syntes och stensaltoxid kan göra bättre batterier. Detta kan avsevärt sänka tillverkningskostnaderna och miljöpåverkan.
Forskare vid Dalhousie University har gjort betydande framsteg i utvecklingen av en helt torr syntesmetod för NMC622-katodmaterial. Denna process kan minska kostnaderna och minimera miljöpåverkan jämfört med traditionella metoder.
Studien fokuserade på att använda bergsaltoxidprekursorer (RS) för att skapa NMC622-katoder. De jämförde denna metod med den konventionella hydroxidprekursormetoden (HP) och undersökte effekterna av olika syntesförhållanden.
viktiga höjdpunkter
- Heltorr syntes med RS-prekursorer visar lovande för kostnadseffektiv och miljövänlig katodproduktion.
- Processen kräver högre mängder litium för att kompensera för avdunstningsförluster och förbättra sammansättningens homogenitet.
- Flytande Li2CO3 fungerar som ett flöde under syntesen, förbättrar kristalliniteten och snabb lithiation av RS-prekursorn.
- NMC tillverkad av RS-prekursorer med 20 % överskott av Li visade liknande initial Coulombic effektivitet, polarisering och kapacitetsbevarande till NMC gjorda av HP-prekursorer.
” Att tillverka litiumjonkatodmaterial kräver mycket energi och vatten, och producerar avfall. Det har störst miljöpåverkan, särskilt batteriets koldioxidavtryck ”, säger Dr. Mark Obrovac.
Strukturella och morfologiska egenskaper hos de syntetiserade materialen analyserades av forskarna med hjälp av olika karakteriseringstekniker som:
- Röntgendiffraktion (XRD)
- Svepelektronmikroskopi (SEM)
- Energidispersiv röntgenspektroskopi (EDS)
De fann att de bästa är gjorda av enkristaller med partiklar som är cirka 5 mikron breda. Genom att finjustera deras ingredienser och uppvärmningsförhållanden skapade forskargruppen katoder av liknande kvalitet med hjälp av en helt torr process. Dessa katoder matchar prestandan hos de bästa produkterna på marknaden idag.
Utmaningar
- Litium reagerar långsammare med RS-prekursorer än HP-prekursorer vid uppvärmning under 723°C.
- Batteri tillverkat av NMC från RS-prekursorer har mindre enhetlig sammansättning och därför lägre kapacitet jämfört med de från HP-prekursorer.
- Forskarna måste göra reaktionen av litium i RS-prekursormetoden konsekvent och snabbare för bättre batterier.
Potentiella åtgärder på gång
Dr. Obrovac har inlett ett samarbete med NOVONIX , ett batteriföretag i Nova Scotia. De använder helt torra metoder för att tillverka katodmaterial i sin pilotanläggning i Dartmouth. Denna anläggning kan producera 10 ton katodmaterial per år.
Jämfört med traditionella våta metoder erbjuder deras process:
- 30 % lägre installationskostnader
- 50 % lägre driftskostnader
- 25 % mindre energianvändning
- Inget behov av bearbetat vatten
- Noll avfallsgenerering
” Det här är stora siffror, det är verkligen en rejäl förändring i produktionen av dessa batterimaterial. Det borde resultera i billigare batterier totalt sett med ett betydligt lägre globalt uppvärmningsavtryck ”, tillägger Dr. Mark Obrovac.
Slutsats
Denna metod visar en enorm potential för att göra batteriproduktion miljövänligare och mer prisvärd. Elbilsindustrin kan gynnas avsevärt även om hindren kvarstår. När forskningen fortsätter kan vikten av denna innovativa metod för att främja hållbar batteriteknik visa sig vara viktig.
