NatSustain: Новый материал катода может произвести революцию в хранении энергии

Недорогой катод, который может улучшить литий-ионные батареи и повлиять на рынок электромобилей и крупномасштабных систем хранения энергии, создали исследователи из Технологического института Джорджии под руководством Хайлонга Чена.

Чен, доцент Школы машиностроения имени Джорджа Вудруфа и Школы материаловедения и инженерии, считает, что они нашли недорогую и устойчивую альтернативу существующим катодным материалам.

Новый материал — хлорид железа (FeCl3) — стоит всего 1–2% от стоимости обычных катодных материалов и накапливает столько же электроэнергии. Катодные материалы влияют на ёмкость, энергию и эффективность батареи, а значит, на её производительность, срок службы и доступность.

Изобретение команды Чена может стать важным событием. Их катод улучшит рынок электромобилей и литий-ионных батарей.

Литий-ионные батареи, впервые представленные Sony в 1990-х годах, стали использоваться в персональной электронике. Позже эта технология перешла на электромобили. Но стоимость таких батарей особенно важна для крупных потребителей энергии. В настоящее время батареи составляют около половины стоимости электромобиля, что делает их дороже машин с двигателем внутреннего сгорания. Катод команды Чена способен это изменить.

Создание лучшей батареи

По сравнению со щелочными и свинцово-кислотными батареями, LIB-батареи компактнее и могут дольше работать без подзарядки. Но они содержат дорогие металлы, такие как кобальт и никель, и имеют высокую стоимость производства.

На данный момент коммерчески доступны только четыре типа катодов для LIB. Катод Чена станет пятым типом и позволит сделать большой шаг вперёд в технологии: разработать полностью твердотельный LIB.

В традиционных LIB используются жидкие электролиты, которые ограничивают количество хранимой энергии, могут протекать и загораться. В полностью твердотельных LIB применяются твёрдые электролиты. Это значительно повышает эффективность и надёжность батареи, делает её более безопасной и способной хранить больше энергии. Эти батареи пока находятся на стадии разработки и тестирования, но станут значительным улучшением.

Исследователи и производители по всему миру работают над созданием полностью твердотельных технологий.

Чен и его коллеги предложили доступное и надёжное решение. Благодаря катоду из FeCl3, твёрдому электролиту и металлическому литиевому аноду стоимость всей системы батарей составляет 30-40% от стоимости нынешних LIB.

По словам Чена, это может сделать электромобили дешевле машин с двигателем внутреннего сгорания и обеспечить перспективную форму хранения энергии, повышая устойчивость электросети. Кроме того, разработанный катод улучшит стабильность поставок на рынке электромобилей.

Уверенное начало нового открытия

Чен заинтересовался FeCl3 в качестве катодного материала во время исследований его лаборатории в области твердотельных электролитов. С 2019 года они пытались создать твердотельные батареи, используя твёрдые электролиты на основе хлоридов с традиционными коммерческими оксидными катодами. Но материалы не подходили друг другу.

Исследователи решили, что катод на основе хлорида может лучше сочетаться с хлоридным электролитом и повысить производительность батареи.

Чен говорит:

Мы нашли кандидата (FeCl3), которого стоит попробовать, поскольку его кристаллическая структура потенциально подходит для хранения и транспортировки ионов Li, и он работает так, как мы и ожидали.

В настоящее время катоды для EV чаще всего делают из оксидов никеля и кобальта. Эти тяжёлые элементы дорогие, токсичные и вредят экологии.

Катод команды Чена сделан из железа и хлора — доступных элементов, которые есть в стали и поваренной соли.

Первые испытания показали, что FeCl3 работает не хуже других, более дорогих катодов. Например, его рабочее напряжение выше, чем у популярного LiFePO4 (литий-железо-фосфат или LFP).

До применения этой технологии в электромобилях пройдёт не более пяти лет.

Чен и постдок Чжантао Лю руководили работой. В исследовании также принимали участие учёные из Технологического института Джорджии, Национальной лаборатории Ок-Ридж и Хьюстонского университета.

Мы хотим улучшить материалы в лаборатории и понять принципы их работы, — говорит Чен.

Мы готовы масштабировать технологию и применять её в коммерческих целях.

Результаты опубликованы в издании Nature Sustainability.

24.09.2024


Подписаться в Telegram



Энергия

PRX Energy: Открыты перспективные материалы для термоядерных реакторов
PRX Energy: Открыты перспективные материалы для термоядерных реакторов

Ядерный синтез может стать идеальным решением ...

J. Mater. Chem. A: Литий-ионные батареи станут безопаснее и эффективнее
J. Mater. Chem. A: Литий-ионные батареи станут безопаснее и эффективнее

Новое объяснение эффекта этиленкарбоната ...

EPSR: ИИ повысит надежность электросетей с учетом роста энергопотребления
EPSR: ИИ повысит надежность электросетей с учетом роста энергопотребления

Из-за распространения возобновляемых источнико...

Matter: Гибридные перовскиты прокладывают путь к новым лазерам и светодиодам
Matter: Гибридные перовскиты прокладывают путь к новым лазерам и светодиодам

Исследователи разработали методику создания сл...

Nature Nanotechnology: Решена ключевая проблема натрий-ионных батарей
Nature Nanotechnology: Решена ключевая проблема натрий-ионных батарей

Литий-ионные батареи широко используются в&nbs...

JAC: Ученые исследовали эффективность пьезокатализа Bi2WO6-x
JAC: Ученые исследовали эффективность пьезокатализа Bi2WO6-x

Пьезокатализ — перспективная эколог...

EES Catalysis: Новые ячейки превращают углекислый газ в экологичное топливо
EES Catalysis: Новые ячейки превращают углекислый газ в экологичное топливо

Новый метод переработки бикарбонатного раствор...

Nature Climate Change: Богатые тоже пачкают атмосферу
Nature Climate Change: Богатые тоже пачкают атмосферу

Углеродный след богатых людей в обществе ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

New Atlas: Башня RainStream сможет спасти город от пожара
New Atlas: Башня RainStream сможет спасти город от пожара
Nature: Ученые исследуют строение ядер химических элементов с помощью лазеров
Nature: Ученые исследуют строение ядер химических элементов с помощью лазеров
Nature Nanotechnology: Новый материал охлаждает на 72% лучше любых термопаст
Nature Nanotechnology: Новый материал охлаждает на 72% лучше любых термопаст
Health Communication: Как правильно общаться с людьми с диагнозом Альцгеймера
Health Communication: Как правильно общаться с людьми с диагнозом Альцгеймера
Zoolinnean: Ученые открыли новый вид геккона со сросшимися костями
Zoolinnean: Ученые открыли новый вид геккона со сросшимися костями
Phys.org: Космический мусор защитит будущие миссии на Луну и Марс от радиации
Phys.org: Космический мусор защитит будущие миссии на Луну и Марс от радиации
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
Current Biology: Ученые придумали, как отпугивать акул от серфингистов
Current Biology: Ученые придумали, как отпугивать акул от серфингистов
Plant Phenomics: Как технологии помогают фермерам сохранить урожай риса
Plant Phenomics: Как технологии помогают фермерам сохранить урожай риса
PeerJ: Выяснилось, как хищники справляются, когда остаются без зубов
PeerJ: Выяснилось, как хищники справляются, когда остаются без зубов
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными
Мордовские ученые создали бетон нового поколения
Мордовские ученые создали бетон нового поколения
Исследование Т-клеток в лечении опухолей открывает новую силу иммунотерапии
Исследование Т-клеток в лечении опухолей открывает новую силу иммунотерапии
Current Biology: Анализ ДНК опроверг прежние данные о погибших в Помпеях
Current Biology: Анализ ДНК опроверг прежние данные о погибших в Помпеях
МФТИ: Линзы тоньше волоса ускорят диагностику болезней на дому
МФТИ: Линзы тоньше волоса ускорят диагностику болезней на дому

Новости компаний, релизы

На старт! Внимание! MITEX!
Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
«Неделя без турникетов» проходит на предприятиях «Вертолетов России»
Правительство Республики Казахстан пригласило МИФИ войти в совет по стратегическому партнерству в науке и образовании