Применение марганцевых материалов в литий-ионных аккумуляторах

Американские исследователи создали литий-ионную батарею, в которой в качестве материала отрицательного электрода используется марганец вместо традиционного кобальта или никеля. Эта работа обеспечивает недорогую и богатую альтернативу этим все более дорогостоящим и ограниченным ресурсам, обеспечивая способ удовлетворить быстро растущий спрос на литий-ионные накопители энергии.

Большинство анодных материалов литий-ионных аккумуляторов зависят от кобальта или никеля, потому что они имеют тенденцию сохранять структуру слоистой и упорядоченной. Но в 2014 году команда Массачусетского технологического института (MIT) во главе с Гербрандом Сидером показала, что литий-ионные батареи с неупорядоченной структурой могут работать, если они богаты литием, они могут попробовать новые, а может быть, и лучше. , материалы. .

Седер и его коллеги из Калифорнийского университета и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли разработали литий-ионные батареи с неупорядоченными анодами на основе марганца и показали, что они могут хранить больше энергии, чем кобальт или никель. «Наша идея состоит в том, что если мы можем сделать отрицательный электрод и не заботиться о расслоении, мы можем использовать более широкий спектр металлов», - сказал Джинхёк Ли, ведущий автор Массачусетского технологического института. «Мы решили купить марганец, потому что это один из самых дешевых металлов».

Марганец использовался в обычных многоуровневых анодах литий-ионных аккумуляторов, но в качестве стабильного металла почти не используется электронное хранилище. В последнее время попытки сделать отрицательный электрод полностью из неупорядоченного оксида марганца и других металлов были ограничены, поскольку они становятся нестабильными, когда ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к аноду на основе лития во время зарядки, а также из-за чрезмерной окислительно-восстановительной активности и потери емкости.

Чтобы уменьшить эту активность и получить аноды из оксида марганца с высокой емкостью, команда Седера нашла способ обменять марганец на два электрона, что было сделано с использованием анода на основе никеля большой емкости вместо одного. Это включает снижение валентности марганца до Mn2 + путем замены некоторых оксианионов низковалентными фторид-анионами при одновременном обмене некоторых катионов марганца на ионы высоковалентного церия и титана. Это означает, что ионы марганца могут подвергаться двойной окислительно-восстановительной реакции от Mn2 + до Mn4 +, позволяя большей части ионов лития перемещаться от отрицательного электрода к литиевому положительному электроду, не становясь нестабильными.

« Результаты наших лабораторных тестов [Battery Cycle Test] показывают, что наш отрицательный электрод имеет более высокую плотность энергии (1000 Втч / кг), чем существующий отрицательный электрод (600-700 Втч / кг)», - сказал Седер. «Но наши данные еще не достигли коммерческого масштаба, поэтому наши материалы должны быть дополнительно протестированы и оптимизированы».

« Хотя практические применения требуют дальнейшего улучшения стабильности цикла, описанная стратегия имеет большие перспективы и может быть широко изучена для различных дорогостоящих катионов», - прокомментировал Глеб Юшин, проводивший обследование энергообеспечения Технологического института Джорджии. «Необходимость снизить напряжение батареи до очень низкого уровня может стать препятствием для применения указанной технологии в электронных устройствах, но это не большая проблема для автомобильных приложений».

Страница содержит содержимое машинного перевода.