Nový výrobní postup umožňuje vyrábět lepší a levnější katody pro lithium-iontové baterie

Datum 11.12.2022

Výzkumníci vyvinuli novou metodu hydrotermální syntézy, která umožňuje získat bezkobaltový katodový materiál s rovnoměrnějšími, kulatými a pevně zabalenými částicemi (na obrázku vpravo), než je běžné u dnešních katod (na obrázku vlevo), které si zachovávají větší stabilitu během celého nabíjecího cyklu. Grafika: ORNL, Ministerstvo energetiky USA

Vědci z americké Národní laboratoře Oak Ridge při ministerstvu energetiky (ORNL) vyvinuli novou metodu výroby klíčové součásti lithium-iontových baterií. Výsledkem je cenově dostupnější baterie z rychlejšího a méně nákladného procesu, při kterém se používá méně toxického materiálu.

Lithium-iontové baterie používané ve většině elektrických vozidel se skládají z katody a anody, mezi nimiž je elektrolyt. Ionty se pohybují od anody ke katodě přes elektrolyt v reakci, která přeměňuje chemickou energii na elektrickou. Snaha o dekarbonizaci a poptávka po elektromobilech zvýšila důraz na udržitelnou výrobu energeticky efektivních katod.

První překážkou je závislost na kobaltu, vzácném kovu, který se těží a rafinuje především v Africe často v dost nelidských podmínkách. Dostupnost kobaltu není jedinou komplikací. Rovněž vyváženost dalších kovů běžných v katodách může výrobní proces prodloužit a učinit jej nebezpečnějším pro životní prostředí.

Vědci z ORNL v časopise Journal of Power Sources uvádějí, že vyvinuli čistší, levnější a účinnější metodu výroby nové třídy vysokokapacitních katodových materiálů bez použití kobaltu. Vsadili u toho na etanol. Namísto neustálého míchání katodových materiálů s chemikáliemi, používají hydrotermální syntézu, pomocí které krystalizují katodu pomocí kovů rozpuštěných v ethanolu. Etanol je bezpečnější pro skladování a manipulaci než čpavek a lze jej znovu použít.

“Tento nový proces nabízí klíčovou výhodu, která posouvá katodový průmysl k čistší a nákladově konkurenceschopnější výrobě a zároveň méně zatěžuje naše životní prostředí,” řekl Ilias Belharouak z ORNL, hlavní řešitel projektu.

Metoda hydrotermální syntézy je také mnohem rychlejší, uvedl vedoucí výzkumný pracovník ORNL Rachid Essehli. Vyrobený materiál má navíc rovnoměrnější, kulaté a pevně zabalené částice, které jsou pro katodu ideální, uvedl Essehli. Ačkoli tým ORNL již dříve identifikoval jiné fungující kombinace bez kobaltu, materiál vyvinutý díky této studii si lépe udržel stabilitu po celou dobu nabíjecího cyklu baterie.

Milan Matějíček
zdroj: Science Daily