Številna avtomobilska podjetja po vsem svetu trenutno vlagajo v razvoj električnih vozil, kar bi lahko pomagalo zmanjšati emisije toplogrednih plinov. Električna vozila potrebujejo velike polnilne baterije, ki so zmogljive, vzdržljive in energetsko učinkovite.
Science X
Avtorica: Ingrid Fadelli, Tech Xplore
2021-297-05
V zadnjih letih so razvoj električnih vozil ovirali in upočasnili naraščajoči stroški polnilnih baterij. Glavni razlog za visoke stroške je dejstvo, da je kobalt (Co), ki je glavna sestavina večine katod v polnilnih baterijah, postal težje dosegljiv, povpraševanje pa je vedno večje.
Ta vsebina je samo za naročnike
Da bi se izognili tej težavi in zagotovili dovolj polnilnih baterij za pogon novih električnih vozil in drugih tehnologij, inženirji in kemiki poskušajo najti druge materiale, ki bi nadomestili Co v običajnih katodah v polnilnih baterijah. Da bi ti materiali učinkovito nadomestili Co, morajo imeti podobno zmogljivost ter biti cenovno dostopnejši ali bolj razpoložljivi.
Raziskovalci Nacionalnega laboratorija Argonne in Fakultete za podiplomski študij Shenzhen Univerze v Pekingu na Kitajskem so pred kratkim izvedli raziskavo, namenjeno boljšemu razumevanju vloge, ki jo ima Co v polnilnih baterijah, da bi razvili nove katode brez Co. Njihov članek, objavljen v reviji Nature Energy, opredeljuje nekatere postopke in lastnosti, ki predstavljajo prednost kobalta pri visokozmogljivih polnilnih baterijah.
»Raziskujemo vlogo Co v namensko zasnovanih sistemih, ki zajemajo tako katode z veliko vsebnostjo Co kot katode brez Co, v katerih Co nadomešča Mn,« so raziskovalci zapisali v svojem prispevku.
Številne do zdaj predlagane katode brez Co vsebujejo veliko litija (Li) ali magnezija (Mg). Čeprav se je izkazalo, da so nekatere od teh katod dokaj obetavna zamenjava katod na osnovi Co, pa so njihove zmogljivosti in stabilnost delovanja pogosto neustrezne za obsežno komercialno uporabo. Posledično se je večina raziskav s področja alternativ brez Co osredotočila na večplastne oksidne katode, kot so večplastne oksidne katode z veliko vsebnostjo niklja (Ni).
Večplastne oksidne katode z veliko vsebnostjo Ni so običajno zelo zmogljive in imajo veliko energetsko gostoto. Kljub temu so nekateri raziskovalci ugotovili, da neposredna zamenjava Co z Ni ni mogoča, ker lahko povzroči občutno zmanjšanje zmogljivosti in toplotne stabilnosti baterije.
V članku so Tongchao Liu in sodelavci iz Nacionalnega laboratorija Argonne in Univerze v Pekingu poskušali bolje razumeti razloge, zaradi katerih ima Co tako pomembno vlogo pri katodah v polnilnih baterijah. Upali so, da jim bo to pomagalo odkriti alternativne sestave z veliko vsebnostjo Ni in s podobno zmogljivostjo ter oblikovati boljše katode brez Co za polnilne baterije.
Raziskovalci so z najsodobnejšimi metodami določili notranje lastnosti Co in primerjali njihove postopke s tistimi, ki potekajo v katodah z veliko vsebnostjo Ni in Co. Pretekle študije so pokazale, da lahko velika količina Ni v katodi pospeši upadanje zmogljivosti baterije. Liu in sodelavci pa so ugotovili, da je Co pri visokih potencialih pravzaprav bolj destruktiven kot Ni.
»Naši rezultati so potrdili, da Co nedvomno igra vlogo pri hitrem upadanju zmogljivosti in/ali strukturni degradaciji, in pokazali, da je Co pri visokih potencialih bolj destruktiven kot Ni, kar ponuja nepričakovane, a spodbudne vidike za zmanjšanje Co,« so v članku pojasnili raziskovalci. »Poleg tega zamenjava z Mn učinkovito blaži destruktivne učinke Co in omogoča delovanje, ki veliko obeta.«
Rezultati, ki jih je zbrala skupina raziskovalcev, ponujajo dragocene informacije, ki bi lahko prispevale k zasnovi in proizvodnji bolj učinkovitih, stabilnih in stroškovno učinkovitejših katod za polnilne baterije. Skupina je na splošno opredelila vrsto morfoloških in strukturnih mehanizmov degradacije, ki bi lahko razložili, zakaj se zmogljivost katod z veliko vsebnostjo Co hitro zmanjšuje.
Na podlagi teh ugotovitev so Liu in sodelavci že začeli izdelovati vrsto katod brez Co, ki so dosegle obetavne zmogljivosti. V prihodnosti bodo te katode morda vgrajene v polnilne baterije in nato komercializirane ter postale široko dostopne.
Povzeto po: https://techxplore.com/news/2021-03-role-cobalt-rechargeable-batteries-effective.html
