加快电动汽车的商业化

  韩国的研究人员已经开发出了一种高容量的阴极材料,该材料可以在不使用昂贵的钴(Co)的情况下进行数百次循环的稳定充电和放电。电动汽车可以使用锂离子电池远距离行驶的日子即将到来。

加快电动汽车的商业化

  POSTECH材料科学与工程系的Byoungwoo Kang教授和Lee Junghwa Lee博士成功开发了一种高能量密度的阴极材料,该阴极材料可以稳定地维持500多个循环的充放电,而无需使用昂贵且有毒的钴。该研究团队通过开发富含锂的层状材料的简单合成工艺来控制局部结构,从而实现了这一目标,这种材料已成为下一代高容量阴极材料,引起了人们的关注。这些研究结果发表在ACS Energy Letters(美国化学协会能源领域的期刊)上。

  电动汽车的行驶里程和充放电循环取决于可再充电锂离子电池中电极材料的独特性能。当锂离子在阴极和阳极之间来回流动时会产生电。在富锂的层状材料的情况下,当大量锂被提取并插入时,循环数急剧减少。特别地,当提取大量的锂并且在高电荷状态下发生氧反应时,发生结构崩溃,使得不能长时间维持充放电特性或高能量密度。循环性能的这种恶化阻碍了商业化。

  该研究小组此前曾发现,富锂层状材料的过渡金属层和锂层之间原子的均匀分布可能是活化富锂层状材料中电化学反应和循环性能的重要因素。研究小组随后进行了后续研究,以控制合成条件,以增加原子在结构中的分布程度。该团队使用先前发布的固态反应,开发了一种新的,简单而有效的方法,可以生产出具有优化原子分布的阴极材料。

  结果,证实了在电化学活性和循环特性方面,合成的富含锂的层状材料具有优化的局部结构,使得能够可逆地使用大量锂。还证实了氧氧化还原反应也稳定且可逆地驱动了数百个循环。

  在这些优化的条件下,合成的无钴的富锂层状材料在1,100Wh / kg的能量下的可逆能量比常规商业化的高镍层状材料(例如LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2)高180%。600Wh / kg。尤其是,即使除去了大量的锂,也可以维持稳定的结构,在100个循环中约95%的容量。另外,通过在500个循环中保持83%的性能,可以实现突破性的性能,可以在数百个循环中保持稳定的高能​​量。

  “这些研究结果的意义在于,循环性能是下一代高容量富锂层状材料的重要问题之一,它通过相对简单的工艺变更就得到了显着改善,” Byoungwoo Kang教授解释说。 POSTECH。“值得注意的是,我们已经朝着将下一代富含锂的层状材料商业化迈进了一步。”

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