Op lithium gebaseerde batterijen worden gebruikt om de meeste bestaande elektrische voertuigen van stroom te voorzien, toch is de hoeveelheid tijd die ze een voertuig kunnen houden voordat ze moeten worden opgeladen nog enigszins beperkt. In de toekomst, hoog-nikkel gelaagde oxide kathode materialen kunnen helpen om het rijbereik van elektrische voertuigen te vergroten, waardoor de ontwikkeling van goedkopere en beter presterende lithium-ionbatterijen mogelijk wordt.

Momenteel, de meeste in de handel verkrijgbare lithium-ionbatterijen gebruiken een aanzienlijke hoeveelheid kobalt in een van hun elektroden. Toch is kobalt duur en niet bijzonder overvloedig in de natuur, wat de fabricagekosten van op lithium gebaseerde batterijen aanzienlijk verhoogt.

Wetenschappers over de hele wereld hebben onlangs geprobeerd nieuwe ontwerpstrategieën te identificeren die het wijdverbreide gebruik van deze batterijen zouden kunnen vergemakkelijken, omdat dit op zijn beurt de prijzen van elektrische voertuigen zou kunnen verlagen en de kans op grootschalige toepassing ervan zou kunnen vergroten. Dit kan uiteindelijk worden bereikt door het identificeren van meer overvloedige materialen die kunnen worden gebruikt in op lithium gebaseerde batterijen, nieuwe composities bedenken, het bedenken van nieuwe productieprocessen en het introduceren van alternatieve constructieve ontwerpen.

In een paper gepubliceerd in Natuur Energie , onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin hebben verschillende ontwerpoverwegingen geschetst voor kathodes met hoog-nikkel gelaagde oxide die in de komende tien jaar zouden kunnen worden geïmplementeerd in op lithium gebaseerde batterijen. Hun studie vat enkele van de uitdagingen samen die doorgaans worden ondervonden bij het maximaliseren van de energie-output van gelaagde oxide-kathodes met een hoog nikkelgehalte, terwijl ook enkele opkomende ontwerpen voor het maken van op lithium gebaseerde batterijen worden vergeleken met een kobaltvrije chemie.

"Terwijl we verder gaan met de elektrificatie van de transportsector, de beschikbaarheid en betaalbaarheid van kobalt zou een belemmering kunnen worden voor de wijdverbreide commercialisering van lithium-ionbatterijen, "Arumugam Manthiram, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "Het belangrijkste doel achter onze studie was dus het verminderen of elimineren van kobalt en het verhogen van nikkel in de elektrode van een lithium-ionbatterij."

Het belangrijkste voordeel van het gebruik van nikkel in plaats van kobalt in elektroden is dat het minder duur en gemakkelijker te vinden is. Bovendien, elektroden met een hoog nikkelgehalte bereiken een hogere ladingsopslagcapaciteit, energiedichtheid, en langere bedrijfstijden tussen ladingen dan kathoden met grote hoeveelheden kobalt.

Helaas, echter, gelaagde oxide-kathoden die grote hoeveelheden nikkel bevatten, kunnen erg moeilijk te synthetiseren zijn terwijl ze toch een goede prestatie behouden. In hun studie hebben Manthiram en zijn collega's stelden een reeks strategieën voor die deze huidige syntheseprocessen zouden kunnen optimaliseren.

"Onze meest betekenisvolle prestaties zijn dat we elektrodematerialen met een hoog nikkelgehalte en een lager kobaltgehalte konden synthetiseren met goede prestaties in lithium-ionbatterijen, "Zei Manthiram. "Echter, de elektrodematerialen met een hoog nikkelgehalte zijn gevoelig voor degradatie bij blootstelling aan lucht. Momenteel, we richten ons op het stabiliseren ervan om een ​​betere stabiliteit in de lucht te realiseren."

De studie uitgevoerd door Manthiram en zijn collega's schetst een aantal waardevolle ontwerpoverwegingen die binnenkort de ontwikkeling mogelijk zouden kunnen maken van goedkopere en beter presterende op lithium gebaseerde batterijen met behulp van hoog-nikkel gelaagde oxide-kathoden. De onderzoekers voerden ook een algemene evaluatie uit van stabilisatietechnieken die mogelijk het wijdverbreide gebruik van lithium-ionbatterijen zouden kunnen vergemakkelijken, het helpen van landen over de hele wereld om hun doelstellingen voor de elektrificatie van voertuigen te halen.

"We richten ons nu op het verder optimaliseren van de composities en stabilisaties van de elektrodematerialen die we hebben ontwikkeld, maar ook om ze op te schalen, ' zei Manthiram.

© 2020 Wetenschap X Netwerk