Daha etkili kobalt içermeyen katotlar geliştirmek için şarj edilebilir pillerde kobaltın rolünün araştırılması

0
25

Co-rich ve Co-free katotlar için yapısal evrim mekanizmalarını özetleyen şekil. Kredi: Liu ve ark.

Dünya çapındaki birçok otomotiv şirketi şu anda, sera gazı emisyonlarının azaltılmasına yardımcı olabilecek elektrikli araçların geliştirilmesine yatırım yapıyor. Elektrikli araçlar, yüksek performans, dayanıklılık ve enerji verimliliği sergileyen büyük şarj edilebilir piller gerektirir.

Son yıllarda elektrikli araçların gelişimi, şarj edilebilir pillerin artan maliyeti nedeniyle engellenmiş ve yavaşlamıştır. Bu yüksek maliyetin temel nedeni, şarj edilebilir pillerdeki çoğu katotun birincil bileşeni olan kobaltın (Co) elde edilmesinin zorlaşması ve giderek daha fazla talep görmesidir.

Mühendisler ve kimyagerler, bu sorunu aşmak ve yeni elektrikli araçlara ve diğer teknolojilere güç sağlamak için yeterli şarj edilebilir pil bulunduğundan emin olmak için, şarj edilebilir piller için ortak katotlarda Co’nun yerini alabilecek alternatif malzemeler belirlemeye çalışıyorlar. Co’nun etkin bir şekilde ikame edilebilmesi için, bu malzemeler benzer bir performans elde etmeli ve yine de daha uygun fiyatlı veya kolayca elde edilebilir olmalıdır.

Argonne Ulusal Laboratuvarı ve Çin’deki Pekin Üniversitesi Shenzhen Yüksek Okulu’ndaki araştırmacılar, yeni Co-free katotların tasarımını bilgilendirmek için Co’nun şarj edilebilir pillerde oynadığı rolü daha iyi anlamayı amaçlayan bir çalışma gerçekleştirdi. Nature Energy’de yayınlanan makaleleri, yüksek performanslı şarj edilebilir pillerin gerçekleştirilmesi için kobaltı avantajlı hale getiren bazı süreçleri ve özellikleri tanımlıyor.

Araştırmacılar makalelerinde “Co’nun rollerini hem Co-zengin hem de Mn-ikameli Co-free katotları içeren kasıtlı olarak tasarlanmış sistemlerde araştırıyoruz,” diye yazdı.

Şimdiye kadar önerilen birçok Ko-içermeyen katot, Lityum (Li) veya Magnezyum (Mg) açısından zengindir. Bu katotların bazılarının, Co-bazlı katotların değiştirilmesi için oldukça ümit verici olduğu bulunmasına rağmen, kapasiteleri ve operasyonel stabiliteleri genellikle büyük ölçekli ticari kullanım için uygun değildir. Sonuç olarak, Ko-içermeyen alternatifleri araştıran çoğu çalışma, Nikel (Ni) zengin katmanlı oksit katotlar gibi katmanlı oksit katotlara odaklanmıştır.

Ni açısından zengin tabakalı oksit katotları tipik olarak yüksek kapasiteler ve enerji yoğunlukları sergiler. Bununla birlikte, bazı araştırmacılar, Co’nun Ni ile doğrudan değiştirilmesinin, bir pilin performansında ve termal stabilitesinde önemli düşüşlere yol açabileceğinden, olanaksız olduğunu buldular.

Tongchao Liu ve Argonne Ulusal Laboratuvarı ve Peking Üniversitesi’ndeki meslektaşları makalelerinde, Co’nun yeniden şarj edilebilir piller için katotlarda bu kadar hayati bir rol oynamasının nedenlerini daha iyi anlamaya çalıştılar. Umutları, bunun, benzer performanslar elde eden ve şarj edilebilir piller için daha iyi Ko-içermeyen katotlar tasarlayan alternatif Ni açısından zengin kompozisyonları belirlemelerine yardımcı olabilmesiydi.

Araştırmacılar, Co’nun kendine özgü özelliklerini belirlemek ve süreçlerini Ni açısından zengin ve Co içermeyen katotlarda gerçekleşenlerle karşılaştırmak için son teknoloji yöntemler kullandılar. Geçmiş çalışmalar, bir katotta yüksek miktarda Ni’nin bir pilin kapasitesinin daha hızlı bozulmasına neden olabileceğini öne sürdü. Liu ve meslektaşları tarafından toplanan bulgular, Co’nun aslında Ni’den yüksek potansiyellerde daha yıkıcı olduğunu gösteriyor.

Araştırmacılar makalelerinde, “Sonuçlarımız, Co’nun hızlı kapasite ve / veya yapısal bozulmada yadsınamaz bir rol oynadığını doğruladı ve Co’nun yüksek potansiyellerde Ni’den daha yıkıcı olduğunu buldu, bu da Co azaltımı için beklenmedik ama cesaret verici perspektifler sunuyor”. “Dahası, Mn ikamesi, Co’nun yıkıcı etkilerini etkili bir şekilde hafifletir ve yüksek potansiyelli bir işlevsellik sağlar.”

Bu araştırma ekibi tarafından toplanan sonuçlar, şarj edilebilir piller için daha iyi performans gösteren, daha kararlı ve uygun maliyetli katotların tasarımını ve gerçekleştirilmesini bilgilendirebilecek bazı değerli bilgiler sunuyor. Genel olarak ekip, Co-zengin katotların kapasitesinin zaman içinde neden hızla azaldığını açıklayabilecek bir dizi morfolojik ve yapısal bozulma mekanizması belirledi.

Bu bulgulara dayanarak, Liu ve meslektaşları, ümit verici performanslar elde eden bir dizi Co-free katodu gerçekleştirmeye başladılar. Gelecekte, bu katotlar yeniden şarj edilebilir pillere entegre edilebilir ve bunlar daha sonra ticarileştirilebilir ve geniş çapta bulunabilir hale gelebilir.

Yeni kobalt içermeyen katot sınıfı, yeni nesil lityum iyon pillerin enerji yoğunluğunu artırabilir Daha fazla bilgi: Yeniden şarj edilebilir piller için Ko içermeyen Ni bakımından zengin katotlar geliştirmeye yönelik Co rollerini anlama. Doğa Enerjisi (2021). DOI: 10.1038 / s41560-021-00776-y.

© 2021 Science X Network

Alıntı: 24 Mart 2021 tarihinde https://techxplore.com/news/2021-03-role-cobalt-rechargeable-batteries adresinden daha etkili kobalt içermeyen katotlar geliştirmek için şarj edilebilir pillerdeki kobaltın rolünün araştırılması (2021, Mart 24) -effective.html

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacına yönelik herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölümü çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz