Pramonės naujienos

Užkertant kelią deguonies išsiskyrimui, gaunamos saugesnės didelio energijos tankio ličio jonų baterijos

2021-10-22



Iš akumuliatoriaus medžiagų išsiskiriantis deguonis gali sukelti terminį nutekėjimą. Kreditas: Takashi Nakamura

 

Mokslinių tyrimų grupė pateikė naujų įžvalgų apie deguonies išsiskyrimą ličio jonų baterijose, atverdama kelią tvirtesnėms ir saugesnėms didelio energijos tankio baterijoms.

 

Naujos kartos baterijos, kuriose kaupiama daugiau energijos, yra labai svarbios, jei visuomenė nori pasiekti JT tvaraus vystymosi tikslus ir neutralizuoti anglies dioksidą. Tačiau kuo didesnis energijos tankis, tuo didesnė šiluminio pabėgimo tikimybė – akumuliatorių perkaitimas, dėl kurio kartais gali sprogti.

 

Iš katodo aktyviosios medžiagos išsiskiriantis deguonis sukelia terminį bėgimą, tačiau mūsų žinių apie šį procesą nepakanka.

 

Tyrėjai iš Tohoku universiteto ir Japonijos sinchrotroninės spinduliuotės tyrimų instituto (JASRI) ištyrė deguonies išsiskyrimo elgesį ir susijusius katodo medžiagos struktūrinius pokyčius ličio jonų akumuliatoriams LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 (NCM111). NCM111 veikė kaip pavyzdinė oksido pagrindu pagaminta akumuliatoriaus medžiaga per kulometrinį titravimą ir rentgeno spindulių difrakciją.

 

Tyrėjai išsiaiškino, kad NCM111 nesuirdamas priima 5 mol% deguonies išsiskyrimo ir kad deguonies išsiskyrimas sukelia struktūrinius sutrikimus, Li ir Ni mainus.

 

Kai išsiskiria deguonis, jis sumažina pereinamųjų metalų (Ni, Co ir Mn NCM111) kiekį, todėl sumažėja jų gebėjimas išlaikyti subalansuotą medžiagų krūvį.

 

Norėdami tai įvertinti, tyrimų grupė panaudojo minkštosios rentgeno absorbcijos spektroskopiją BL27SU SPring-8 – JASRI valdomame didelio masto sinchrotroninės spinduliuotės įrenginyje Japonijoje.

 

Jie pastebėjo selektyvų Ni3+ sumažinimą NCM111 deguonies išsiskyrimo pradžioje. Pasibaigus Ni redukcijai, Co3+ sumažėjo, o Mn4+ išliko nekintamas 5 mol% deguonies išsiskyrimo metu.

 

„Sumažinimo elgesys aiškiai rodo, kad didelis valentinis NI (Ni3+) žymiai padidina deguonies išsiskyrimą“, – sakė straipsnio bendraautoris Takashi Nakamura.

 

Norėdami patikrinti šią hipotezę, Nakamura ir jo kolegos paruošė modifikuotą NCM111, turintį daugiau Ni3+ nei originalus NCM111. Jų nuostabai jie atrado, kad NCM111 deguonies išsiskyrimas buvo daug didesnis nei tikėtasi.

 

Remdamasi tuo, tyrimų grupė pasiūlė, kad didelio valentingumo pereinamieji metalai destabilizuotų gardelės deguonį oksido pagrindu pagamintose baterijų medžiagose.

 

„Mūsų išvados prisidės prie tolesnio didelio energijos tankio ir tvirtų naujos kartos baterijų, sudarytų iš pereinamųjų metalų oksidų, kūrimo“, – sakė Nakamura.

 

Nuoroda: gardelės deguonies nestabilumas oksidu pagrįstuose interkaliacijos katoduose: sluoksninio LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 atvejo tyrimas, kurį atliko Xueyan Hou, Kento Ohta, Yuta Kimura, Yusuke T Amojiskamuruta, Kzukas Nahiskamuruta, K. , 2021 m. birželio 23 d., Pažangios energetinės medžiagos.
DOI: 10.1002/aenm.202101005

 

Finansavimas: subsidija moksliniams tyrimams (JP18K05288?JP19H05814) „Dynaminio atvirų inovacijų aljanso, jungiančio žmogų, aplinką ir medžiagas“ CORE laboratorijos tyrimų programa „Tinklo jungtinis medžiagų ir įrenginių tyrimų centras“. ½