211service.com
Lithium-iontové baterie za méně peněz
Nový způsob výroby pokročilých materiálů lithium-iontových baterií řeší jeden z jejich hlavních přetrvávajících problémů: náklady. Arumugam Manthiram , profesor materiálového inženýrství na Texaské univerzitě v Austinu, prokázal, že mikrovlnná metoda výroby fosforečnanu lithného a železnatého trvá méně času a používá nižší teploty než konvenční metody, což by se mohlo promítnout do nižších nákladů.
Nano výkon: Snímek z elektronového mikroskopu tyčovitých částic o šířce 40 nanometrů, které tvoří slibný materiál baterie.
Fosforečnan lithný je alternativou oxidu lithného a kobaltnatého používaného ve většině lithium-iontových baterií v přenosných počítačích. Slibuje, že bude mnohem levnější, protože používá spíše železo než mnohem dražší kov kobalt. Přestože ukládá méně energie než některé jiné lithium-iontové materiály, je fosforečnan lithný a železnatý bezpečnější a lze jej vyrobit způsoby, které materiálu umožňují dodávat velké dávky energie, což jsou vlastnosti, díky nimž je zvláště užitečný v hybridních vozidlech.
Lithium-železofosfát se skutečně stal jedním z nejžhavějších nových materiálů pro baterie. Například, Systémy A123 , startup se sídlem ve Watertown, MA, který vyvinul jednu formu materiálu, získal více než 148 milionů dolarů a komercializoval baterie pro dobíjecí elektrické nástroje, které mohou překonat konvenční zásuvné nástroje. Materiál je také jedním z typů testovaných pro nový elektromobil od General Motors.
Ukázalo se však, že je obtížné a nákladné vyrábět lithium-železo-fosfátové baterie, což snižuje potenciální úspory nákladů oproti běžnějším lithium-iontovým bateriím. Materiály se obvykle vyrábějí procesem, který trvá hodiny a vyžaduje teploty až 700 °C.
Manthiramova metoda zahrnuje smíchání komerčně dostupných chemikálií – hydroxidu lithného, octanu železa a kyseliny fosforečné – v rozpouštědle a následné vystavení této směsi mikrovlnám po dobu pěti minut, které zahřejí chemikálie na asi 300 °C. Proces tvoří tyčinkovité částice fosforečnanu lithného a železnatého. Nejvýkonnější částice jsou asi 100 nanometrů dlouhé a 25 nanometrů široké. Malá velikost je potřebná k tomu, aby se ionty lithia mohly rychle pohybovat dovnitř a ven z částic během nabíjení a vybíjení baterie.
Pro zlepšení výkonu těchto materiálů Manthiram potáhl částice elektricky vodivým polymerem, který byl sám ošetřen malým množstvím určitého typu sulfonové kyseliny. Potažené nanočástice byly poté začleněny do malého bateriového článku pro testování. Při nízkých rychlostech vybíjení materiály vykazovaly působivou kapacitu: při 166 miliampérhodinách na gram se materiály přiblížily teoretické kapacitě fosforečnanu lithného, což je 170 miliampérhodin na gram. Tato kapacita rychle klesla při vyšších rychlostech vybíjení v počátečních testech. Ale Manthiram říká, že nové verze materiálu prokázaly lepší výkon.
Je ještě příliš brzy říci, jak moc nový přístup sníží náklady při výrobě lithium-železofosfátových baterií. Nízké teploty metody mohou snížit energetickou náročnost a skutečnost, že je rychlá, může vést k vyšší produkci ze stejného množství zařízení – obojí může učinit výrobu ekonomičtější. Je však také třeba počítat s náklady na vodivý polymer a výrobní zařízení a proces musí být demonstrován ve velkém měřítku. Proces bude také muset konkurovat dalším slibným experimentálním výrobním metodám, říká Stanley Whittingham , profesor chemie, materiálové vědy a inženýrství na State University of New York v Binghamtonu.
Společnost Manthiram nedávno zveřejnila pokroky pro dva další typy materiálů lithium-iontových baterií a pracuje s nimi ActaCell , startup se sídlem v Austinu v Texasu, aby komercializoval technologii vyvinutou v jeho laboratoři. Společnost, která minulý týden oznámila, že získala 5,58 milionu dolarů v rizikovém financování, již licencovala některé technologie společnosti Manthiram, ale až příští rok neřekne, jakou technologii.