Jūsų telefonas bus monstras! Praeis dešimtmečiai, o ši ličio baterija vis dar bus „gyva“ ()
Šis metodas leidžia išlaikyti didelę talpą, kartu gerinant šiluminį ir struktūrinį stabilumą.
© Alexas Fotos (Public Domain) | https://www.pexels.com/photo/a-person-holding-a-smartphone-8865050/
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Naujas atradimas gali reikšti, kad jūsų išmaniojo telefono ar elektromobilio ličio jonų baterija tarnaus dvigubai ilgiau, o patiems gamintojams nereikės griebtis naujų medžiagų. Paslaptis slypi tame, kaip išspausti dar daugiau iš to, ką jau žinome.
Įsivaizduokite ateitį, kurioje elektromobiliai įkraunami greičiau, tarnauja ilgiau ir nebekelia susirūpinimo saugumu. Tokius pažadus reguliariai duoda akumuliatorių kompanijos ir mokslininkai, kurie laboratorijose padaro naujų atradimų, apie kuriuos paprastai išgirstame tik kartą... ir tuo istorija baigiasi. Taigi, atveriame naują skyrių akumuliatorių tobulinimo srityje, bet šį kartą tai kažkas įdomesnio, nes šios ateities raktas slypi ne naujoje, egzotiškoje medžiagoje, o išmanesniame to, ką jau žinome, panaudojime. Ši revoliucija prasideda ličio jonų akumuliatoriaus širdyje: katode, kurį naujas požiūris keičia, pakeisdamas žaidimo taisykles energijos tankio, ilgaamžiškumo ir saugumo požiūriu.
|
Naujausias atradimas susijęs ne su nauju elementu, o sumanesniu esamų metalų išdėstymu. Katodas nebūtinai turi būti vienodos struktūros, o sluoksniuota mozaika, kur nikelio turtinga šerdis yra atsakinga už efektyvumą, o išoriniai sluoksniai, kuriuose yra kobalto ir mangano, veikia kaip tikri stabilizatoriai. Raktas į tai slypi matematiniame modelyje ir automatizuotoje gamybos sistemoje, kurios kartu leidžia tiksliai kontroliuoti metalo kiekį įvairiuose dalelės gyliuose. Šis metodas leidžia pasiekti optimalų našumą ir sumažinti riziką.
Tradiciniuose NCM (nikelio-kobalto-mangano) katoduose metalai šiuo metu pasiskirsto tolygiai arba paprastose šerdies-apvalkalo struktūrose. Šie pastovūs gradientai sukuriami tiesiog maišant reagentus, o tai neleidžia tiksliai kontroliuoti dalelės sudėties. Dėl to gamintojai turėjo rinktis tarp didesnio nikelio kiekio ir didesnės talpos stabilumo ir saugumo sąskaita arba priešingai. Čia į pagalbą atėjo mokslininkų komanda, vadovaujama Hyun Deog Yoo iš Pusano nacionalinio universiteto, bendradarbiaujanti su Ilinojaus Čikagos universitetu ir Argonne nacionaline laboratorija. Jie sukūrė naują metodą, kuriuo vietoj statinių proporcijų reagentų (nikelio, kobalto ir mangano) srautas dinamiškai kontroliuojamas naudojant algoritmą.
Praktinis šio metodo poveikis pagrįstas specialaus dvigubo tiekimo reaktoriaus naudojimu, kuriame dviejose atskirose talpyklose yra metalo druskų tirpalų: vienoje gausu nikelio, kitoje – kobalto ir mangano. Svarbiausia naujovė yra ta, kad į reakcijos kamerą tiekiamų tirpalų proporcijos nėra fiksuotos, o dinamiškai reguliuojamos pagal užprogramuotą matematinę funkciją. Ši tiksli kontrolė leidžia formuoti metalo koncentracijos gradientą vienoje katodo medžiagos dalelėje, nuo šerdies iki išorinių sluoksnių. Šio gradiento nuolydį ir kreivumą galima laisvai reguliuoti, užtikrinant visišką medžiagos cheminės struktūros ir galutinių savybių kontrolę.
Siekdama patvirtinti savo atradimą, komanda pagamino penkis medžiagos variantus, kurių kiekviename buvo 80 % nikelio, 10 % kobalto ir 10 % mangano, kiekvienas su savo unikaliu gradientu. Vėlesni bandymai patvirtino, kad sudėtis atitiko tikslus, o našumas pasirodė esąs įspūdingas: išbandyti elementai išlaikė 93,6 % pradinės talpos po 300 įkrovimo ciklų – tai geriausias rezultatas tarp katodų su pilnu koncentracijos gradientu.
Be to, mechaniniai bandymai atskleidė mažiau įtrūkimų ir pagerėjusį konstrukcijos vientisumą. Kadangi katodai paprastai sudaro 40–45 % akumuliatoriaus kainos, o technologijos su dideliu nikelio kiekiu yra susijusios su didele rizika, šis proveržis gali reikšmingai paveikti ne tik elektromobilių rinką, bet ir visus įrenginius, kuriems reikalinga tanki ir saugi energijos kaupimo forma.
Šis naujas sluoksniuotų katodų kūrimo ličio jonų baterijose metodas gali reikšmingai pakeisti elektromobilumo sritį. Dėl matematinio modelio ir automatizuotos sistemos, skirtos metalų proporcijoms valdyti bendro nusodinimo proceso metu, tapo įmanoma tiksliai suformuoti nikelio, kobalto ir mangano koncentracijos gradientą kiekvienoje katodo dalelėje. Šis metodas leidžia išlaikyti didelę talpą, kartu gerinant šiluminį ir struktūrinį stabilumą.
Laboratoriniai bandymai yra daug žadantys, tačiau pagrindiniai iššūkiai išlieka, įskaitant pramoninio masto įgyvendinimo ekonomiškumą, pritaikomumą kitoms cheminėms medžiagoms (pvz., NCA su aliuminiu), integraciją su elektrolitais ir aušinimo sistemomis bei saugos sertifikavimo reikalavimus. Tačiau, jei visos šios kliūtys bus įveiktos, sluoksniuoti katodai realiai galėtų padidinti elektromobilių nuvažiuojamą atstumą 10–20 %, iki pusės sulėtinti elementų degradaciją greito įkrovimo metu ir sumažinti priežiūros išlaidas.
O kalbant apie telefoną, jis bus monstras! Praeis dešimtmečiai, o ši ličio baterija vis dar bus „gyva“.
