การปรับปรุงแมงกานีสสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
22 มี.ค. 2021 - การจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน การจัดเก็บพลังงานลิเธียมไอออน
แคโทดที่ปราศจากโคบอลต์สามารถต่อสู้กับปัญหาอุปทานได้โดยใช้โลหะที่ถูกที่สุดที่มีอยู่
นักวิจัยสหรัฐได้ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แมงกานีสเป็นวัสดุแคโทดแทนโคบอลต์หรือนิกเกิลแบบดั้งเดิม งานนี้สามารถเสนอทางเลือกที่มีราคาถูกและอุดมสมบูรณ์ให้กับทรัพยากรที่มีราคาแพงและจำกัดมากขึ้นเหล่านี้ ซึ่งเป็นหนทางที่จะตอบสนองความต้องการการจัดเก็บพลังงานลิเธียมไอออนที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
แคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับโคบอลต์หรือนิกเกิลเนื่องจากสามารถเก็บโครงสร้างเป็นชั้นและเป็นระเบียบได้ง่าย แต่ในปี 2014 กลุ่มที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) นำโดย Gerbrand Ceder แสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีโครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบสามารถทำงานได้ตราบเท่าที่ยังมีลิเธียมอยู่มาก เปิดโอกาสให้ลองสิ่งใหม่ ๆ และอาจเป็นไปได้ ดีกว่าเรื่องวัสดุ
Ceder และเพื่อนร่วมงานจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียและห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Berkeley ของสหรัฐอเมริกา ได้พัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีแคโทดที่มีแมงกานีสเป็นองค์ประกอบที่ไม่เป็นระเบียบ และแสดงให้เห็นว่าสามารถกักเก็บพลังงานได้มากกว่าโคบอลต์หรือนิกเกิล 'แนวคิดของเราคือถ้าเราสามารถสร้างแคโทดโดยที่เราไม่สนใจเรื่องการแบ่งชั้น เราก็สามารถใช้สเปกตรัมของโลหะได้กว้างขึ้นมาก' Jinhyuk Lee ผู้เขียนนำจาก MIT กล่าว 'เราตัดสินใจเลือกแมงกานีสเนื่องจากเป็นโลหะที่ถูกที่สุดชนิดหนึ่งที่มีอยู่'
แมงกานีสถูกนำมาใช้อยู่แล้วในแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบหลายชั้นแบบดั้งเดิม แต่เป็นโลหะที่มีความเสถียรโดยมีส่วนร่วมเพียงเล็กน้อยในการกักเก็บอิเล็กตรอน ความพยายามล่าสุดในการสร้างแคโทดจากแมงกานีสที่ไม่เป็นระเบียบและออกไซด์ของโลหะอื่นๆ เพียงอย่างเดียวนั้นถูกจำกัด เนื่องจากพวกมันไม่เสถียรและสูญเสียความสามารถเนื่องจากกิจกรรมรีดอกซ์ออกซิเจนมากเกินไป เมื่อลิเธียมไอออนเคลื่อนที่จากแคโทดไปยังแอโนดที่มีลิเธียมในระหว่างการชาร์จ
เพื่อลดกิจกรรมนี้และเพื่อให้ได้แคโทดแมงกานีสออกไซด์ที่มีความจุสูง ทีมงานของ Ceder ได้ค้นพบวิธีที่จะทำให้แมงกานีสเพื่อแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนสองตัว ซึ่งเป็นสิ่งที่แคโทดที่ใช้นิกเกิลความจุสูงทำ แทนที่จะเป็นเพียงตัวเดียว สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการลดเวเลนซ์ของแมงกานีสลงเหลือ Mn2+ โดยการแทนที่แอนไอออนของออกซิเจนบางตัวด้วยแอนไอออนของฟลูออรีนที่มีค่าวาเลนต์ต่ำกว่า ในขณะที่แลกเปลี่ยนแคตไอออนของแมงกานีสบางตัวด้วยไนโอเบียมและไทเทเนียมไอออนที่มีค่าวาเลนท์สูงกว่า ซึ่งหมายความว่ารีดอกซ์ไอออนบวกของแมงกานีสสองเท่าอาจเกิดขึ้นได้ตั้งแต่ Mn2+ ถึง Mn4+ ทำให้ลิเธียมไอออนที่มีสัดส่วนสูงเคลื่อนจากแคโทดไปยังลิเธียมแอโนดได้โดยไม่เกิดความไม่เสถียร
'ผลการทดสอบการหมุนเวียนแบตเตอรี่ในห้องปฏิบัติการของเราแสดงความหนาแน่นของพลังงานของแคโทดของเราค่อนข้างสูง (~ 1,000 Wh/kg) เมื่อเทียบกับแคโทดที่มีอยู่ (600–700 Wh/kg)' Ceder กล่าว 'แต่ข้อมูลของเราไม่ได้อยู่ในระดับเชิงพาณิชย์ ดังนั้นการทดสอบเพิ่มเติมและการเพิ่มประสิทธิภาพวัสดุของเราจึงควรปฏิบัติตาม'
'ในขณะที่จำเป็นต้องมีการปรับปรุงเสถียรภาพของวงจรเพิ่มเติมสำหรับการใช้งานจริง กลยุทธ์ที่รายงานไว้ถือเป็นคำมั่นสัญญาที่ดีและช่วยให้สามารถสำรวจแคตไอออนที่มีวาเลนท์สูงต่างๆ ในวงกว้างได้' Gleb Yushin ผู้ตรวจสอบการจัดเก็บพลังงานที่สถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย สหรัฐอเมริกา ให้ความเห็น 'ความจำเป็นในการลดแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ให้มีค่าต่ำมากอาจสร้างอุปสรรคสำหรับการใช้งานเทคโนโลยีที่รายงานกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่ไม่ควรเป็นเรื่องใหญ่สำหรับการใช้งานในยานยนต์'
โทร: 86-0755-33065435
อีเมล์: info@vtcpower.com
เว็บไซต์: www.vtcbattery.com
ที่อยู่: เลขที่ 10 ถนน JinLing สวนอุตสาหกรรม Zhongkai เมือง Huizhou ประเทศจีน
คำสำคัญ: แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์, ผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์, แบตเตอรี่ Lifepo4, แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโพลีเมอร์ (LiPo), แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน, LiSoci2, แบตเตอรี่ NiMH-NiCD, แบตเตอรี่ BMS
ในชีวิตประจำวันให้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมโดยเฉพาะอุปกรณ์ชาร์จและโทรศัพท์มือถือเพื่อหลีกเลี่ยงการระเบิดที่เกิดจากการชาร์จนานเกินไป
