Ścigacz.pl

Międzynarodowy zespół naukowców dokonał przełomowego odkrycia, opracowując baterię litowo-jonową opartą na manganie, która dorównuje wydajnością tradycyjnym i droższym bateriom opartym na kobalcie i niklu. Swoje wyniki badacze opublikowali w czasopiśmie "ACS Central Science".

Baterie litowo-jonowe, choć powszechnie znane i stosowane, nie opierają się wyłącznie na licie. Katody tych baterii często zawierają kobalt i nikiel, czyli metale, które nie tylko są kosztowne, ale także wiążą się z problemami związanymi z ich pozyskiwaniem i dostępnością. Mangan, będący piątym najobficiej występującym metalem w skorupie ziemskiej, od dawna stanowił przedmiot badań jako potencjalny, tańszy i bardziej zrównoważony materiał elektrodowy. Mimo to, osiągnięcie z niego równie wydajnych baterii jak te oparte na kobalcie i niklu, w praktyce okazało się trudniejsze.

Badania przeprowadzone przez japońsko-australijski zespół skupiły się na tlenku litu i manganu (LiMnO2), aby sprawdzić, czy mogą poprawić jego wydajność w bateriach. Zespół przyjrzał się różnym strukturom krystalicznym LiMnO2, czyli układom atomów wewnątrz stałego kryształu, aby zrozumieć, które z nich mogą przynieść lepsze efekty w kontekście przechowywania i szybszego ładowania energii.

Okazało się, że jedna ze struktur krystalicznych, nazwana "monokliniczną", może reagować w sposób, który pozwala baterii na przechowywanie większej ilości energii oraz szybsze jej uwalnianie. Kluczem do sukcesu było opracowanie metody wzrostu kryształów monoklinicznych LiMnO2 za pomocą stosunkowo prostego procesu: kalcynacji, czyli ogrzewania do wysokich temperatur.

Proces ten wymagał jedynie dwóch składników stałych, co znacznie redukuje wpływ na środowisko w porównaniu do produkcji tradycyjnych elektrod baterii, które często wymagają długich list materiałów i wielu etapów wytwarzania. Opracowany przez naukowców materiał litowo-manganowy osiągnął gęstość energetyczną na poziomie 820 watogodzin na kilogram, przewyższając konwencjonalne materiały oparte na niklu, które osiągają około 750 watogodzin na kilogram.

Jednym z największych wyzwań dla materiałów opartych na manganie była ich tendencja do stopniowego spadku napięcia (tzw. degradacja napięcia) w miarę upływu czasu. Zaskakujące było to, że w przypadku nowego materiału opracowanego przez zespół naukowców, nie zaobserwowano tego problemu.

Pomimo tych obiecujących wyników, badacze zwracają uwagę, że przed manganem jeszcze długa droga, zanim zastąpi kobalt w pojazdach elektrycznych. Jednym z problemów jest skłonność manganu do rozpuszczania się w stosunkowo krótkim czasie. Możliwe jest jednak przeciwdziałanie temu zjawisku poprzez modyfikację innych elementów baterii, na przykład stosując bardzo skoncentrowany elektrolit i pokrycie katody fosforanem litu.

Naukowcy mają nadzieję, że ich odkrycie przyczyni się do komercjalizacji elektrod opartych na manganie. W ich wizji "idealna" przyszłość dla tego materiału obejmowałaby jego wykorzystanie w pojazdach elektrycznych. To odkrycie może stanowić istotny krok naprzód w kierunku bardziej zrównoważonej i efektywnej technologii baterii, która mogłaby znacznie obniżyć koszty produkcji i jednocześnie ograniczyć wpływ na środowisko. Dla motoryzacji ery prądu byłby to znaczący krok naprzód.