Дослідники з Окриджської національної лабораторії Міністерства енергетики США розробили новий метод виробництва ключового компонента літій-іонних акумуляторів. В результаті виходить доступніша батарея з більш швидкого і менш марнотратного процесу, в якому використовується менш токсичний матеріал. Літій-іонні акумулятори, що використовуються в різних продуктах, від побутової техніки до стільникових телефонів, а також у більшості електромобілів, складаються з катода та анода, між якими знаходиться електроліт. Іони переміщуються від анода до катода через електроліт в результаті реакції, яка перетворює хімічну енергію на електричну. Прагнення обезуглерожування та попит на електромобілі збільшили увагу до сталого виробництва енергоємних катодів. Проте традиційна обробка пов’язана із проблемами. Перша перешкода — залежність від кобальту, рідкісного металу, що видобувається та переробляється за кордоном. Ця залежність від іноземних джерел створює ризики для американських виробничих ланцюжків постачання та транспортної інфраструктури. Доступність кобальту – не єдина складність. Баланс інших металів, поширених у катодах, також може зробити виробничий процес тривалішим і небезпечнішим. Наприклад, висока концентрація нікелю призвела до широкого використання методу хімічного змішування для виробництва катодів, який вимагає великої кількості аміаку для корозійних реакцій. Використання токсичного хімікату збільшує витрати, посилює проблеми зі здоров’ям та довкіллям, а також витрачає велику кількість води для зниження кислотності. Дослідники ORNL повідомляють у Journal of Power Sources, що вони розробили більш чистий, дешевий та ефективніший метод виготовлення нового класу високопродуктивного катодного матеріалу без кобальту. Замість того, щоб постійно перемішувати катодні матеріали з хімікатами в реакторі, їхній підхід до гідротермального синтезу полягає в кристалізації катода з використанням металів, розчинених в етанолі. Етанол безпечніше зберігати та обробляти, ніж аміак, і згодом його можна переганяти та використовувати повторно.
“Цей новий процес пропонує ключову перевагу в тому, що він переміщує катодну галузь у більш чистому та конкурентоспроможному виробництві, застосовуючи менше навантаження в нашому середовищі”, – сказав Іліас Белхарка з Орнла Бельхарки, головного дослідника проекту. Метод гідротермального синтезу також набагато швидше, – сказав провідний дослідник ORNL Rachid Esshehli. Час, необхідний для створення частинок та підготовки до наступної катодної партії падіння з декількох днів до 12 годин. Крім того, отриманий матеріал має більш однорідні, круглі, щільно упаковані частинки, ідеальні для катода, сказав Есселі. Хоча команда ORNL раніше ідентифікувала інші комбінації без кобальту, які працюють, матеріал, розроблений у цьому дослідженні, краще підтримувався стабільністю протягом усього циклу заряду акумулятора. Оскільки його властивості схожі на властивості сьогоднішніх шатодів на основі кобальту, новий матеріал може бути легко інтегрований у існуючі процеси виробництва акумуляторів. За словами Есселя, патент чекає технології, яка готова розширити галузь комерційного виробництва. “Цей катодний матеріал може надати більше енергії та зменшити вартість електромобілів”, – сказав він. Дослідження фінансувалося Управлінням енергоефективності Міністерства енергетики та управлінням транспортних засобів відновлюваних джерел енергії. Він використовував ресурси Центру наук про нанофазні матеріали та вдосконалене джерело фотонів у Національній лабораторії Аргона. Обидва є користувачами DOE користувачів.
