211service.com
Baterie litowo-jonowe za mniej
Nowy sposób wytwarzania zaawansowanych materiałów do akumulatorów litowo-jonowych rozwiązuje jeden z głównych pozostałych problemów: koszty. Arumugam Manthiram , profesor inżynierii materiałowej na University of Texas w Austin, wykazał, że mikrofalowa metoda wytwarzania fosforanu litowo-żelazowego zajmuje mniej czasu i wykorzystuje niższe temperatury niż metody konwencjonalne, co może przełożyć się na niższe koszty.
Moc nano: Obraz z mikroskopu elektronowego przedstawiający cząstki w kształcie pręta o szerokości 40 nanometrów, które stanowią obiecujący materiał do akumulatorów.
Fosforan litowo-żelazowy jest alternatywą dla tlenku litowo-kobaltowego stosowanego w większości akumulatorów litowo-jonowych w laptopach. Zapowiada się znacznie taniej, ponieważ wykorzystuje żelazo zamiast znacznie droższego metalicznego kobaltu. Chociaż przechowuje mniej energii niż niektóre inne materiały litowo-jonowe, fosforan litowo-żelazowy jest bezpieczniejszy i może być wytwarzany w sposób, który pozwala materiałowi dostarczać duże impulsy mocy, co czyni go szczególnie przydatnym w pojazdach hybrydowych.
Rzeczywiście, fosforan litowo-żelazowy stał się jednym z najgorętszych nowych materiałów akumulatorowych. Na przykład, Systemy A123 , startup z siedzibą w Watertown w stanie Massachusetts, który opracował jedną formę materiału, zebrał ponad 148 milionów dolarów i skomercjalizował baterie do elektronarzędzi ładowalnych, które mogą przewyższać konwencjonalne narzędzia z wtyczką. Materiał jest również jednym z typów testowanych dla nowego samochodu elektrycznego firmy General Motors.
Jednak produkcja akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych okazała się trudna i kosztowna, co prowadzi do potencjalnych oszczędności kosztów w porównaniu z bardziej konwencjonalnymi akumulatorami litowo-jonowymi. Zazwyczaj materiały są wytwarzane w procesie, który zajmuje wiele godzin i wymaga temperatury sięgającej 700°C.
Metoda Manthirama polega na zmieszaniu dostępnych na rynku chemikaliów – wodorotlenku litu, octanu żelaza i kwasu fosforowego – w rozpuszczalniku, a następnie poddaniu tej mieszaniny działaniu mikrofal przez pięć minut, które podgrzewają chemikalia do około 300 °C. W procesie powstają cząstki fosforanu litowo-żelazowego w kształcie prętów. Najskuteczniejsze cząstki mają około 100 nanometrów długości i 25 nanometrów szerokości. Niewielki rozmiar jest potrzebny, aby umożliwić szybkie przemieszczanie się jonów litu do i z cząstek podczas ładowania i rozładowywania akumulatora.
Aby poprawić działanie tych materiałów, Manthiram pokrył cząstki polimerem przewodzącym prąd elektryczny, który sam został potraktowany niewielkimi ilościami pewnego rodzaju kwasu sulfonowego. Powleczone nanocząstki zostały następnie umieszczone w małym ogniwie baterii do testów. Przy niskich szybkościach rozładowania materiały wykazywały imponującą wydajność: przy 166 miliamperogodzinach na gram materiały zbliżały się do teoretycznej pojemności fosforanu litowo-żelazowego, która wynosi 170 miliamperogodzin na gram. Ta pojemność szybko spadła przy wyższych szybkościach rozładowania w początkowych testach. Ale Manthiram mówi, że nowe wersje materiału wykazały lepszą wydajność.
Jest jeszcze za wcześnie, aby powiedzieć, jak bardzo nowe podejście obniży koszty produkcji akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych. Niskie temperatury zastosowane w metodzie mogą zmniejszyć zapotrzebowanie na energię, a fakt, że jest ona szybka, może prowadzić do wyższej produkcji przy tej samej ilości sprzętu, co może sprawić, że produkcja będzie bardziej ekonomiczna. Należy jednak uwzględnić również koszt przewodzącego polimeru i sprzętu produkcyjnego, a proces ten należy zademonstrować na dużą skalę. Proces będzie musiał również konkurować z innymi obiecującymi eksperymentalnymi metodami produkcji, mówi Stanleya Whittinghama , profesor chemii, materiałoznawstwa i inżynierii na Uniwersytecie Stanowym Nowego Jorku w Binghamton.
Manthiram niedawno opublikował postępy w zakresie dwóch innych rodzajów materiałów do akumulatorów litowo-jonowych i współpracuje z nimi ActaCell , startup z siedzibą w Austin w Teksasie, który ma skomercjalizować technologię opracowaną w swoim laboratorium. Firma, która w zeszłym tygodniu ogłosiła, że pozyskała 5,58 miliona dolarów w finansowaniu venture, już udzieliła licencji na część technologii Manthiram, ale nie powie, która technologia jest dostępna do przyszłego roku.