Исследование показало, что железо может стать ключом к созданию менее дорогих и экологически чистых литий-ионных батарей

Важные новости

 Исследование показало, что железо может стать ключом к менее дорогим и экологичным литий-ионным батареям» /></p>
<p> Коллаборация, возглавляемая исследователем-химиком из Университета штата Орегон Дэвидом Джи, надеется спровоцировать революцию в зеленых батареях, показав, что железо вместо кобальта а никель можно использовать в качестве катодного материала в литий-ионных батареях. Фото: Сюлей «Дэвид» Цзи, Университет штата Орегон </p>
<p>Что, если бы ключевым компонентом аккумуляторов электромобилей был обычный элемент, а не дефицитные и дорогие? Коллаборация, возглавляемая исследователем-химиком из Университета штата Орегон, надеется спровоцировать революцию в области зеленых аккумуляторов, показав, что железо вместо кобальта и никеля может использоваться в качестве катодного материала в литий-ионных батареях.</p>
<p> Результаты, опубликованные в журнале <i>Science Advances</i>, важны по нескольким причинам, отмечает Сюлей «Дэвид» Цзи из штата Орегон.</p>
<p>«Мы изменили реакционную способность металлического железа, самого дешевого металлического товара», — сказал он. «Наш электрод может обеспечить более высокую плотность энергии, чем современные катодные материалы в электромобилях. А поскольку мы используем железо, стоимость которого может составлять менее доллара за килограмм – небольшую долю никеля и кобальта, которые незаменимы в современных высокоэнергетических литий-ионных батареях — стоимость наших батарей потенциально намного ниже».</p>
<p>По словам Цзи, в настоящее время катод составляет 50% стоимости изготовления литий-ионного аккумулятора. Он добавил, что помимо экономики катоды на основе железа обеспечат большую безопасность и экологичность.</p>
<p>Поскольку все больше и больше литий-ионных батарей производится для электрификации транспортного сектора, мировой спрос на никель и кобальт резко возрос. Цзи отмечает, что через пару десятилетий прогнозируемый дефицит никеля и кобальта затормозит производство аккумуляторов, которое происходит сейчас.</p>
<p>Кроме того, плотность энергии этих элементов уже увеличена до максимального уровня — если бы ее увеличили еще больше, кислород, выделяемый во время зарядки, мог бы привести к возгоранию батарей — плюс кобальт токсичен, а это означает, что он может загрязнить экосистемы и источники воды, если он вымывается. свалок.</p>
<p>Сложите все это вместе, — сказал Цзи, — и легко понять глобальный поиск новых, более устойчивых химических элементов для аккумуляторов.</p>
<p>Аккумулятор хранит энергию в виде химической энергии и посредством реакций преобразует ее в электрическую энергию, необходимую для питания транспортных средств, а также мобильных телефонов, ноутбуков и многих других устройств и машин. Существует несколько типов батарей, но большинство из них работают одинаково и содержат одни и те же основные компоненты.</p>
<p>Аккумулятор состоит из двух электродов — анода и катода, обычно изготовленных из разных материалов — а также в качестве сепаратора и электролита, химической среды, обеспечивающей поток электрического заряда. Во время разряда батареи электроны перетекают из анода во внешнюю цепь, а затем собираются на катоде.</p>
<p>В литий-ионном аккумуляторе, как следует из названия, заряд переносится с помощью ионов лития, когда они перемещаются через электролит от анода к катоду во время разрядки и обратно во время перезарядки.</p>
<p>«Наше железо Катод на основе катода не будет ограничен нехваткой ресурсов», — сказал Цзи, пояснив, что железо, помимо того, что оно является наиболее распространенным элементом на Земле по массе, является четвертым по распространенности элементом в земной коре. «У нас не закончится железо, пока Солнце не превратится в красного гиганта».</p>
<p>Джи и его коллеги из нескольких университетов и национальных лабораторий увеличили реакционную способность железа в своем катоде, разработав химическую среду на основе смеси анионов фтора и фосфата – ионов, которые имеют отрицательный заряд.</p>
<p>Тщательно перемешайте смесь. в виде твердого раствора обеспечивает обратимое преобразование – то есть батарею можно перезаряжать – мелкодисперсной смеси железного порошка, фторида лития и фосфата лития в соли железа.</p>
<p>«Мы продемонстрировали, что дизайн материалов с анионами может преодолеть потолок плотности энергии для батарей, которые являются более экологичными и стоят дешевле», — сказал Цзи.</p>
<p> «Мы не используем более дорогую соль в в сочетании с железом — только те, которые используются в аккумуляторной промышленности, а затем железный порошок. Чтобы использовать этот новый катод в приложениях, больше ничего не нужно менять — ни новых анодов, ни новых производственных линий, ни новой конструкции батареи. просто заменяю одну вещь — катод.»</p>
<p>По словам Цзи, эффективность хранения данных все еще нуждается в повышении. В настоящее время не вся электроэнергия, поступившая в батарею во время зарядки, доступна для использования после разрядки. Когда эти улучшения будут сделаны, а Джи ожидает, что они будут, в результате появится батарея, которая будет работать намного лучше, чем те, которые используются в настоящее время, но при этом будет стоить меньше и быть более экологичной.</p>
<p>«Если в эту технологию есть инвестиции, то ее коммерчески доступность не займет много времени», — сказал Цзи. «Нам нужны провидцы отрасли, чтобы выделить ресурсы в эту развивающуюся область. В мире может быть катодная промышленность, основанная на металле, который почти бесплатен по сравнению с кобальтом и никелем. И хотя вам придется очень много работать, чтобы переработать кобальт и никель, вам даже не придется перерабатывать железо — оно просто превратится в ржавчину, если вы его отпустите».</p>
<p>Исследование проводилось под руководством Тонгчао Лю из Аргоннской национальной лаборатории, в нем участвовали Минглианг Юй Мин из штата Орегон. Су Юнг и Шон Сэндстром.</p>
<p>Ученые из Университета Вандербильта, Стэнфордского университета, Университета Мэриленда, Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Национальной ускорительной лаборатории SLAC также внесли свой вклад.</p>
<p>< br><strong>Дополнительная информация:</strong> Минлян Ю и др., Использование металлического железа в качестве катода для устойчивых литий-ионных батарей с помощью твердого раствора аниона, <i>Science Advances</i> (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adn4441. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn4441 </p>
<p><strong>Информация журнала:</strong> Достижения науки, предоставленные Университетом штата Орегон</p>
</div></div><div class=

Новости сегодня

Последние новости