Goedkoop mangaan voedt de accu van een elektrische auto met een indrukwekkende 820 Wh/kg, zonder enige corrosie.

Japanse onderzoekers van de Yokohama National University hebben een veelbelovend alternatief voor op nikkel-kobalt gebaseerde batterijen voor elektrische auto's gedemonstreerd.

Hun aanpak is gebaseerd op het gebruik van mangaan in de anode om een ​​batterij met een hoge energiedichtheid te creëren, die kosteneffectief en duurzaam is.

Fabrikanten van elektrische voertuigen geven de voorkeur aan nikkel-kobaltbatterijen omdat ze een hogere energiedichtheid bieden, wat een groter bereik betekent in een kleiner batterijpakket. Beide componenten zijn echter erg duur en relatief zeldzaam, waardoor ze geen duurzame opties zijn wanneer het gebruik van elektrische voertuigen over de hele wereld toeneemt.

Lithium-ionbatterijen (Li-ion) hebben de voorkeur als oplaadbare batterij in de meeste elektronische apparaten. Door hun lage energiedichtheid zijn ze echter in het nadeel ten opzichte van elektrische auto’s. Onderzoeks- en ontwikkelingsinspanningen om deze te verbeteren hebben geleid tot betere opties voor lithium-ionbatterijen.

Naast lithium zijn er ook experimenten gedaan met mangaan in het anodemateriaal, zoals LiMnO2. De toepassingen zijn echter beperkt vanwege de slechte prestaties van de elektrode. Onderzoekers van de Yokohama National University (YNU) in Japan hebben dit probleem in hun recente werk aangepakt.

Werken met een monoklinisch systeem

Na het uitgebreid bestuderen van LiMnO2 in zijn verschillende vormen met behulp van röntgendiffractie, scanning-elektronenmicroscopie en elektrochemische methoden, ontdekten onderzoeker Naoki Yabuchi en zijn team aan de Universiteit van Yangon dat een monoklien laminair veld de structurele transformatie van LiMnO2 in een spinelachtig veld activeert. fase. Een monoklien systeem is een soort groepssymmetrie van een vaste kristalstructuur.

LiMnO2 verbetert de prestaties van het elektrodemateriaal door de faseovergang te vergemakkelijken. Zonder faseovergang zijn de prestaties van de LiMnO2-elektrode niet optimaal.

“Vanuit deze ontdekking werd LiMnO2 op nanoschaal met monokliene gelaagde domeinstructuren en een groot oppervlak direct gesynthetiseerd met behulp van een eenvoudige vaste-stofreactie”, zei Yabuchi in een verklaring. persbericht.

De reactie omvat geen tussenstappen en kan rechtstreeks uit twee componenten worden gemaakt met behulp van het calcinatieproces.

Prestatieverbeteringen met Mn

Uit tests na de installatie bleek dat de batterij met een LiMnO2-elektrode een energiedichtheid bereikte van 820 wattuur per kilogram (Wh kg-1), vergeleken met 750 Wh per kilogram verkregen met een batterij op nikkelbasis. Alleen op lithium gebaseerde batterijen hebben een lagere energiedichtheid van 500 wattuur per kilogram.

Dat zeiden de onderzoekers Interessante geometrie In een e-mail merkt mangaan, wanneer het in verschillende andere vormen wordt gebruikt, op dat het doorgaans de helft van de amplitude van de energiedichtheid vertoont.

Een eerder onderzoek met mangaan rapporteerde spanningsdalingen in batterijen, waarbij de uitgangsspanning in de loop van de tijd afnam, waardoor de prestaties van het elektronische apparaat afnamen. Dergelijke resultaten namen de onderzoekers echter niet waar met de LiMnO2-elektrode.

Ontleding van mangaan kan nog steeds optreden, hetzij als gevolg van faseveranderingen, hetzij als reactie met een zure oplossing. In het persbericht werd toegevoegd dat de onderzoekers van plan zijn dit probleem aan te pakken met behulp van een sterk geconcentreerde elektrolytoplossing en een lithiumfosfaatcoating.

De onderzoekers spreken het vertrouwen uit dat hun werk heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van een nieuw product dat concurrerend is met de huidige opties, duurzaam is in productie en milieuvriendelijk op de lange termijn. Ze willen hun technologie commercialiseren en gebruiken in de elektrische auto-industrie.

“We hebben een zeer goedkope methodologie gevonden, en dit is de belangrijke bevinding in ons onderzoek”, voegde het onderzoeksteam eraan toe in hun e-mail aan IE.