Исследователи из Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработали новый метод производства ключевого компонента литий-ионных аккумуляторов. В результате получается более доступная батарея из более быстрого и менее расточительного процесса, в котором используется менее токсичный материал. Литий-ионные аккумуляторы, используемые в различных продуктах, от бытовой техники до сотовых телефонов, а также в большинстве электромобилей, состоят из катода и анода, между которыми находится электролит. Ионы перемещаются от анода к катоду через электролит в результате реакции, которая преобразует химическую энергию в электрическую. Стремление к обезуглероживанию и спрос на электромобили увеличили внимание к устойчивому производству энергоемких катодов. Однако традиционная обработка сопряжена с проблемами. Первое препятствие — зависимость от кобальта, редкого металла, добываемого и перерабатываемого за границей. Эта зависимость от иностранных источников создает риски для американских производственных цепочек поставок и транспортной инфраструктуры. Доступность кобальта — не единственная сложность. Баланс других металлов, распространенных в катодах, также может сделать производственный процесс более длительным и более опасным. Например, высокая концентрация никеля привела к широкому использованию метода химического смешивания для производства катодов, который требует больших количеств аммиака для коррозионных реакций. Использование токсичного химиката увеличивает затраты, усиливает проблемы со здоровьем и окружающей средой, а также тратит большое количество воды для снижения кислотности. Исследователи ORNL сообщают в Journal of Power Sources, что они разработали более чистый, дешевый и более эффективный метод изготовления нового класса высокопроизводительного катодного материала без кобальта. Вместо того, чтобы постоянно перемешивать катодные материалы с химикатами в реакторе, их подход к гидротермальному синтезу заключается в кристаллизации катода с использованием металлов, растворенных в этаноле. Этанол безопаснее хранить и обрабатывать, чем аммиак, и впоследствии его можно перегонять и использовать повторно.
«Этот новый процесс предлагает ключевое преимущество в том, что он перемещает катодную индустрию в более чистое и более конкурентоспособное производство, при этом накладывая меньше бремени в нашей окружающей среде»,-сказал Илиас Белхаруак из Орнла Белхаруак, основной исследователь проекта. Метод гидротермального синтеза также намного быстрее, сказал ведущий исследователь Ornl Rachid Essehli. Время, необходимое для создания частиц, и подготовить к следующему катодному партии падения с нескольких дней до 12 часов. Кроме того, полученный материал имеет более однородные, круглые, плотно упакованные частицы, которые идеально подходят для катода, сказал Эссели. Хотя команда ORNL ранее определила другие комбинации без кобальта, которые работают, материал, разработанный в этом исследовании, был лучше поддержал стабильность в течение всего цикла заряда аккумулятора. Поскольку его свойства аналогичны свойствам сегодняшних катодов на основе кобальта, новый материал может быть легко интегрирован в существующие процессы производства батареи. По словам Эссели, патент ожидает технологию, которая готова к расширению коммерческого производства промышленностью. «Этот катодный материал может дать больше энергии и снизить стоимость электромобилей», — сказал он. Исследование финансировалось Управлением по энергоэффективности Министерства энергетики и управления транспортных средств возобновляемых источников энергии. Он использовал ресурсы Центра наук о нанофазных материалах и усовершенствованного фотонного источника в национальной лаборатории Аргона. Оба являются Управлением пользователей DOE USICEST.
