در حال حاضر، بیشتر مواد کاتدی مورد استفاده در باتری های وسایل نقلیه الکتریکی، اکسیدهای لایه ای هستند که بیش از ۶۰ درصد از فلزات واسطه را از نیکل تشکیل می دهند. استفاده از اکسید لایه ای غنی از نیکل به دلیل چگالی انرژی بالای آن در ایمن کردن مسافت پیموده شده یک وسیله نقلیه الکتریکی سودمند است، اما استفاده از آن به دلیل بی ثباتی در عرضه و تقاضای مواد خام نیکل محدود شده است.
به گزارش سیناپرس، به عنوان یک جایگزین، محققان روی مواد کاتد اسپینل که از منگنز به عنوان عنصر اصلی استفاده می کند، تمرکز کردند، با توجه به اینکه منگنز با قیمت حدود ۱۷.۱ برابر نیکل در بازار بین المللی نقطه ای معامله می شود.
در این رابطه، مؤسسه علم و فناوری کره (KIST) اعلام کرد: تیم تحقیقاتی دکتر جیهیون هونگ (Jihyun Hong) در مرکز تحقیقات مواد انرژی، علت کاهش سریع طول عمر را شناسایی کرده اند که یک مشکل مزمن منگنز با ظرفیت بالا است. این تیم روی افزایش چشمگیر امکان تجاری سازی باتری های لیتیومی با مواد کاتد منگنز به عنوان باتری های نسل بعدی خودروهای الکتریکی کار کردند.
مواد کاتد اسپینل مبتنی بر منگنز از نظر تئوری می توانند انرژی را با چگالی بالا قابل مقایسه با مواد کاتدی تجاری مبتنی بر نیکل ذخیره کنند. با در نظر گرفتن قیمت مواد خام فلزی، چگالی انرژی به ازای هر قیمت برای کاتد اسپینل مبتنی بر منگنز می تواند ۲.۸ برابر کاتدهای مبتنی بر نیکل باشد.به گزارش سیناپرس، با این حال هنگام استفاده از باتری با ظرفیت کامل، کاهش سریع طول عمر مشاهده می شود. در نتیجه، عملاً تنها حدود ۷۵ درصد از ارزش نظری را می توان ذخیره کرد.
به گفته محققان مشخص شده است که منگنز سه ظرفیتی (Mn3+) که در طی فرآیند شارژ و تخلیه مواد کاتد اسپینل مبتنی بر منگنز تشکیل می شود، ساختار کریستالی ماده را مخدوش کرده و منجر به خروج منگنز به الکترولیت و در نهایت باعث کاهش طول عمر می شود. در نتیجه مواد کاتد بیشتر در تحقیقات بر سرکوب تشکیل منگنز سه ظرفیتی متمرکز شده است.
برخلاف نظریه های رایج آکادمیک، تیم دکتر هونگ اخیراً کشف کردند که مواد کاتدی ویژگی‌های طول عمر بسیار خوبی از خود نشان می دهند، حتی زمانی که منگنز سه ظرفیتی تشکیل می شود منوط بر اینکه محدوده ولتاژ باتری تنظیم شود. از طریق آنالیزهای کامل، برای اولین بار مشخص شد که واکنش جانبی در سطح مشترک بین ماده کاتد و الکترولیت در طول فرآیند شارژ و دشارژ مکرر علت کاهش طول عمر است.
تیم تحقیقاتی همچنین یک استراتژی کلیدی برای بهبود چشمگیر طول عمر مواد مبتنی بر منگنز با تثبیت رابط کاتد-الکترولیت ارائه کرد. این بهبود منجر به بالاترین قابلیت حفظ ظرفیت و نرخ در بین عملکرد مواد کاتد اسپینل مبتنی بر منگنز به طور همزمان با استفاده از واکنش‌های اکسیداسیون و کاهش نیکل و منگنز می شود.
به گزارش سیناپرس، دکتر هونگ در پایان گفت: از طریق این تحقیق، روش جدیدی را برای تجاری سازی مواد کاتدی پر انرژی مبتنی بر منگنز ارائه کردیم که کاتالیزوری برای گسترش وسایل نقلیه الکتریکی خواهد بود. وی همچنین خاطرنشان کرد: اگر دانشگاه و صنعت بر روی استفاده از فناوری تثبیت رابط مواد کاتدی مبتنی بر نیکل که قابلیت‌های زیادی را دربر دارد، برای مواد کاتدی نسل جدید منگنز تمرکز کنند، انتظار می رود که شرکت های کره ای در صنعت خودروسازی بتوانند سطح بالاتری از رقابت را در آینده حفظ کنند.
مترجم: مهگل غفاری
منبع: newswise
No tags for this post.