Но новый марганец и основанный на натрии-ионом материал, развитый в Техасском университете в Далласе, в сотрудничестве с Сеульским национальным университетом, могли бы стать соперником, предложив более экологичный выбор потенциально меньшей стоимости заправить устройства следующего поколения и электромобили.Стоимость батареи – существенная проблема, сказал доктор Киеонгджэ Чо, преподаватель материаловедения и разработки в Школе Эрика Джонссона Разработки и Информатики и ведущего автора статьи, описывающей новый материал в журнале Advanced Materials.Поскольку производители – и потребители – стремятся к большему количеству электромобилей (EVs), литиевому производству может прийтись, нелегко не отставая от растущего спроса, сказал Чо.
Согласно недавнему отчету Международного энергетического агентства, глобальный запас электромобиля превзошел 2 миллиона транспортных средств в 2016 после пересечения этого 1 миллиона отметок в 2015. Отчет отмечает, что, в зависимости от стратегической окружающей среды, есть хороший шанс, что это расположится между 9 миллионами и 20 миллионами к 2020 и между 40 миллионами и 70 миллионами к 2025.С точки зрения снижения расходов в батарее EV, используя натрий было бы менее дорогим, потому что натрий более в изобилии, но у этого есть некоторые недостатки.
«Литий – более дорогой, ограниченный ресурс, который должен быть добыт всего из нескольких областей на земном шаре», сказал Чо. «Нет никаких проблем горной промышленности с натрием – он может быть извлечен из морской воды. К сожалению, хотя батареи иона натрия могли бы быть менее дорогими, чем те, которые используют литий, натрий, склонны обеспечивать на 20 процентов более низкую плотность энергии, чем литий».Плотность энергии или способность аккумулирования энергии, батареи определяет время пробега устройства.«Мы использовали наш предыдущий опыт и мысль об этих проблемах – как мы можем объединить эти идеи придумать что-то новое, чтобы решить проблему?» Чо сказал.
Батарея состоит из положительного электрода или катода; отрицательный электрод или анод; и промежуточный электролит. В стандартном литий-ионном аккумуляторе катод сделан из лития, кобальта, никеля и кислорода, в то время как анод сделан из графита, типа углерода. Когда батарея зарядит, литиевое движение ионов через электролит к аноду, и будьте свойственны углероду. Во время выброса литиевые ионы пятятся к катоду и обеспечивают электроэнергию управлять устройствами.
«Была большая надежда несколько лет назад в использовании марганцевой окиси в катодах литий-ионного аккумулятора, чтобы увеличить способность, но к сожалению, та комбинация становится нестабильной», сказал Чо.В дизайне, разработанном Чо и его коллегами, натрий заменяет большую часть лития в катоде, и марганец используется вместо более дорогого и более редкого кобальта элементов и никеля.«Наш материал иона натрия более стабилен, но он все еще поддерживает высокую энергетическую мощность лития», сказал Чо. «И мы полагаем, что это масштабируемо, который является смыслом нашего исследования. Мы хотим сделать материал таким способом, которым процесс совместим с коммерческим массовым производством».
На основе их знания физики и химии других экспериментальных материалов, исследователи принялись за решение проблемы с рациональным существенным дизайном. Они сначала управляли компьютерными моделированиями, чтобы определить конфигурацию атомов, которые показали большую часть обещания прежде, чем сделать и проверить материал в лаборатории.Чо сказал, что его исследование примерно не придумывает лучшую батарею. То, как исследование было проведено, так же важно и как интересное, сказал он.
«Когда Томас Эдисон пытался развивать лампочку, он попробовал тысячи различных материалов за нить, чтобы видеть, которые обработанный», сказал Чо. «Чтобы решить очень важные технические проблемы в обществе сегодня, мы должны развивать много новых материалов – материалы батареи, материалы контроля за загрязнением окружающей среды и другие. Эдисон был совершенствованием один пункт – лампочка – но у нас есть еще столько технологических потребностей.
У нас нет времени, чтобы продолжать пытаться случайно найти решение».