Історичне партнерство, яке здійснило революцію в батарейних дослідженнях в Аргонні

Дослідники по всьому світу прагнуть знайти дешевіші, кращі літій-іонні акумуляторні матеріали для потужних машин великого масштабу, таких як електромобілі. Однією з їхніх цілей є пошук альтернативних літій-оксидних електродів для тих, що містять кобальт, елемент, поширений в батареях телефону та ноутбука, але занадто дорогий і не має достатньої потужності для приводу електромобілів на великі відстані.

Протягом десятиліть дослідники американської Національної лабораторії з питань енергетики (DOE) Аргонни брали участь у пошуку розкриття акумуляторних матеріалів, які працюють як не краще, ніж ті, якими ми користуємось сьогодні. Серед матеріалів, які вони досліджують, є багаті марганцем сполуки, оскільки марганець рясний і недорогий; Оксиди літій-марганцю також термічно безпечніші у використанні, але не такі енергетичні, як їхні кобальтові аналоги.

Дослідження в лабораторії матеріалів, багатих марганцем, формується роботою, якою займається з початку 1980-х років науковий співробітник Аргонни Емерітус Майкл Текеррей. Будучи доктором в Оксфордському університеті в 1981-1982 роках, Теккерей працював разом із вченим з акумулятора Джона Гуденхау, одним з архітекторів Нобелівської премії сучасного літій-кобальтового акумулятора.

Працюючи разом, Гуденф і Текерей відкрили літій-марганцево-оксидний електрод зі структурою типу «шпінель», який був дешевшим і безпечнішим, ніж популярна шарувата структура літій-кобальтового оксиду, який Гуденф допоміг визначити, хоча і страждав від низької продуктивності. Матеріал "у шпінелі" розташований у кубічній, щільно упакованій 3-D структурі. Шпинельні електроди мають 3-D канали для швидкого розміщення літію, і тому вони можуть забезпечити високу потужність, що робить їх унікальними щодо двошарових шаруватих та 1-D тунельних електродних структур, які приймають інші літій-іонні батареї.

Шпінель дослідження Гуденко і Текерая, які Теккерей розширив, коли він приєднався до Аргонни в 1993 році, перетворив програму батареї Аргонни і донині. У нещодавно опублікованому документі в Передові енергетичні матеріали, Thackeray обговорює, як розвивалися їхні дослідження структури та композицій оксидів літій-металів на основі марганцю, та інформує про поточну роботу сьогодні.

Спираючись на свої ранні роботи, дослідники Аргонни розробили ряд матеріалів, багатих марганцем, включаючи катоди, багаті літієм нікель-марганцево-кобальтові (NMC) катоди, створені Thackeray. Літій-багатий NMC — це проривна катодна технологія, яка забезпечила помітні поліпшення продуктивності та надійності порівняно зі стандартними композиціями NMC в літій-іонній технології. Технологія NMC Argonne отримала ліцензію для виробників по всьому світу, включаючи General Motors, який прийняв катодний матеріал у своїх моделях Chevy Volt і Bolt.

Робота Текерая та Гуденгофа продовжує надихати постійні дослідження в Аргонні, де дослідники інтегрують матеріали шпінельного типу в катоди на рівні нанорозмірних шматочків і налагоджують властивості шпінелі для отримання бажаних властивостей в катоді. Наприклад, були визначені різні матеріали шпинельного типу, які можуть допомогти стабілізувати катоди NMC та допомогти проектувати катодні та електролітні матеріали для твердотільних літій-іонних клітин та акумуляторів.

Вчений Argonne Джейсон Крой та його колеги активізують роботу над версією технології NMC, яка збільшує вміст літію та марганцю в порівнянні з використовуваними версіями, що ідеально покращує щільність та безпеку акумулятора, знижуючи витрати. Удосконалена технологія доступна для ліцензування.

"Кінцева мета цього дослідження — зробити структурно стійкий, багатий марганцем електрод для літій-іонного акумулятора, який може дати вам енергію тривалий час", — сказав Крой. "Сподіваємось, що, поєднуючи шпінелі з новими матеріалами, ми зможемо розробити нові економічно вигідні варіанти для матеріалів, багатих кобальтом та нікелем".

Facebook Comments