Onderzoekers van het Skoltech Center for Energy Science and Technology (CEST) hebben een nieuw kathodemateriaal gemaakt op basis van titaniumfluoridefosfaat, die superieure energieprestaties en stabiele werking bij hoge ontlaadstromen bereikte. De resultaten van hun onderzoek zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Vandaag, de snelle ontwikkeling van elektrisch vervoer en hernieuwbare energiebronnen vraagt ​​om commercieel toegankelijke, veilige en goedkope energieopslagoplossingen op basis van metaal-ionbatterijen. De hoge prijs van de bestaande lithium-iontechnologie is een grote hindernis, wat nog wordt verergerd door speculatie dat de wereld binnenkort geen lithium en kobalt meer heeft dat essentieel is voor de productie van de kathode, die de functionele kenmerken en energieprestaties bepaalt.

De zoektocht naar een alternatieve technologie brengt enorme inspanningen met zich mee om batterijen te maken die gebruik maken van toegankelijkere en goedkopere elementen zoals kalium in plaats van lithium. Wat kobalt betreft, het kan worden vervangen door de meer gebruikelijke en milieuvriendelijke elementen ijzer, mangaan en titanium.

Het 10e meest voorkomende element in de aardkorst, titanium wordt over de hele wereld gedolven, en de belangrijkste titaniumhoudende reagentia zijn gemakkelijk verkrijgbaar, stabiel en niet giftig. Maar ondanks deze duidelijke voordelen, het lage elektrochemische potentieel dat de bereikbare specifieke energie van de batterij beperkt, is lange tijd een groot struikelblok geweest voor het gebruik van titaniumverbindingen in kathodematerialen.

Skoltech-wetenschappers zijn erin geslaagd een commercieel aantrekkelijk geavanceerd kathodemateriaal te creëren op basis van titaniumfluoridefosfaat, KTiPO ₄ F, met een hoog elektrochemisch potentieel en ongekende stabiliteit bij hoge laad-/ontlaadsnelheden.

Professor Stanislav Fedotov, zegt, "Dit is een uitzonderlijk resultaat dat letterlijk het dominante paradigma vernietigt dat al lang aanwezig is in de "batterijgemeenschap", waarin staat dat op titanium gebaseerde materialen alleen als anodes kunnen werken, vanwege het lage potentieel van titanium. Wij zijn van mening dat de ontdekking van de hoogspannings-KTiPO ₄ F kan een nieuwe impuls geven aan het zoeken en ontwikkelen van nieuwe titaniumhoudende kathodematerialen met unieke elektrochemische eigenschappen."

Professor Artem Abakumov, directeur van CEST, zegt, "Vanuit het perspectief van anorganische chemie en vastestofchemie, dit is een uitstekend voorbeeld dat nogmaals aantoont dat in plaats van blindelings de algemeen aanvaarde dogma's te volgen, we moeten naar de dingen kijken met de ogen wijd open. Als u de juiste chemische samenstelling kiest, kristalstructuur en synthesemethode, het onmogelijke wordt mogelijk en je vindt nieuwe materialen met onverwachte eigenschappen en nieuwe mogelijkheden voor praktische toepassingen. Dit is briljant aangetoond door professor Fedotov en zijn team."