11 jan. 2021
2 minuten
Onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory hebben een nieuwe familie kathodes ontwikkeld die de kostbare kathodes op basis van kobalt kunnen vervangen. Kobalt wordt doorgaans aangetroffen in de lithium-ionbatterijen die elektrische voertuigen en consumentenelektronica aandrijven.
De nieuwe cathode heet NFA, wat staat voor nikkel, ijzer en aluminium, is een derivaat van lithiumnikkelaat en kan worden gebruikt om de positieve elektrode van een lithium-ionbatterij te maken. Deze nieuwe kathodes zijn ontworpen om snel op te laden, energiedicht, kosteneffectief en duurzamer te zijn.
De prestaties zijn beschreven in Advanced Materials en de Journal of Power Sources.
De onderzoekers gebruikten neutronendiffractie, Mossbauer-spectroscopie en andere geavanceerde karakterisatietechnieken om de atomaire en microstructuren van NFA te onderzoeken, evenals elektrochemische eigenschappen.
"Ons onderzoek naar het laad- en ontlaadgedrag van NFA toonde aan dat deze kathodes vergelijkbare elektrochemische reacties ondergaan als op kobalt gebaseerde kathodes en voldoende specifieke capaciteiten leveren om te voldoen aan de eisen van de energiedichtheid van de batterij," zegt projectleider Ilias Belharouak.
Hoewel het onderzoek naar de NFA-klasse zich nog in de beginfase bevindt, meent Belharouak dat de voorlopige resultaten van zijn team tot nu toe aangeven dat kobalt misschien niet nodig is voor de volgende generatie lithium-ionbatterijen.
"We ontwikkelen een kathode die vergelijkbare of betere elektrochemische eigenschappen heeft dan op kobalt gebaseerde kathodes, terwijl we gebruik maken van goedkopere grondstoffen. Het proces om de NFA-kathodes te vervaardigen, kan bovendien worden geïntegreerd in bestaande wereldwijde kathodeproductieprocessen."
"Lithiumnikkelaat is al lang onderzocht als het materiaal bij uitstek voor het maken van kathodes, maar het lijdt aan intrinsieke structurele en elektrochemische instabiliteit", zei hij. "Bij ons onderzoek hebben we een deel van het nikkel vervangen door ijzer en aluminium om de stabiliteit van de kathode te verbeteren. IJzer en aluminium zijn kosteneffectieve, duurzame en milieuvriendelijke materialen. "
Toekomstig onderzoek en ontwikkeling van de NFA-klasse omvat het testen van de materialen in grootformaat cellen om de resultaten op laboratoriumschaal te valideren en om de geschiktheid van deze kathodes voor gebruik in elektrische voertuigen verder te onderzoeken.
Anderen lazen ook
