211service.com
Lithium-ionbatterijen voor minder
Een nieuwe manier om geavanceerde materialen voor lithium-ionbatterijen te maken, lost een van hun belangrijkste resterende problemen op: de kosten. Arumugam Manthiram , een professor in materiaalkunde aan de Universiteit van Texas in Austin, heeft aangetoond dat een op microgolven gebaseerde methode voor het maken van lithiumijzerfosfaat minder tijd kost en lagere temperaturen gebruikt dan conventionele methoden, wat zich zou kunnen vertalen in lagere kosten.
Nano-kracht: Een elektronenmicroscoopopname van 40 nanometer brede staafvormige deeltjes waaruit een veelbelovend batterijmateriaal bestaat.
Lithiumijzerfosfaat is een alternatief voor het lithiumkobaltoxide dat in de meeste lithium-ionbatterijen in laptops wordt gebruikt. Het belooft veel goedkoper te worden omdat het ijzer gebruikt in plaats van het veel duurdere metaal kobalt. Hoewel het minder energie opslaat dan sommige andere lithium-ionmaterialen, is lithiumijzerfosfaat veiliger en kan het zo worden gemaakt dat het materiaal grote stroomstoten kan leveren, eigenschappen die het bijzonder nuttig maken in hybride voertuigen.
Lithiumijzerfosfaat is inderdaad een van de populairste nieuwe batterijmaterialen geworden. Bijvoorbeeld, A123-systemen , een startup gevestigd in Watertown, MA, die één vorm van het materiaal heeft ontwikkeld, heeft meer dan $ 148 miljoen opgehaald en batterijen gecommercialiseerd voor oplaadbare elektrische gereedschappen die beter presteren dan conventionele plug-in-tools. Het materiaal is ook een van de typen die worden getest voor een nieuwe elektrische auto van General Motors.
Maar het is moeilijk en duur gebleken om lithium-ijzerfosfaatbatterijen te vervaardigen, wat leidt tot potentiële kostenbesparingen ten opzichte van meer conventionele lithium-ionbatterijen. Meestal worden de materialen gemaakt in een proces dat uren duurt en temperaturen tot 700 °C vereist.
De methode van Manthiram omvat het mengen van in de handel verkrijgbare chemicaliën - lithiumhydroxide, ijzeracetaat en fosforzuur - in een oplosmiddel en dit mengsel vervolgens gedurende vijf minuten aan microgolven onderwerpen, waardoor de chemicaliën tot ongeveer 300 ° C worden verwarmd. Het proces vormt staafvormige deeltjes lithiumijzerfosfaat. De best presterende deeltjes zijn ongeveer 100 nanometer lang en 25 nanometer breed. Het kleine formaat is nodig om lithiumionen snel in en uit de deeltjes te laten bewegen tijdens het opladen en ontladen van de batterij.
Om de prestaties van deze materialen te verbeteren, bekleedde Manthiram de deeltjes met een elektrisch geleidend polymeer, dat zelf werd behandeld met kleine hoeveelheden van een type sulfonzuur. De gecoate nanodeeltjes werden vervolgens opgenomen in een kleine batterijcel om te testen. Bij langzame ontladingen vertoonden de materialen een indrukwekkende capaciteit: met 166 milliampère-uur per gram kwamen de materialen in de buurt van de theoretische capaciteit van lithiumijzerfosfaat, namelijk 170 milliampère-uur per gram. Deze capaciteit nam bij de eerste tests snel af bij hogere ontladingssnelheden. Maar Manthiram zegt dat de nieuwe versies van het materiaal betere prestaties hebben laten zien.
Het is nog te vroeg om te zeggen hoeveel de nieuwe aanpak de kosten bij de productie van lithium-ijzerfosfaatbatterijen zal verlagen. De lage temperaturen van de methode kunnen de energiebehoefte verminderen, en het feit dat deze snel is, kan leiden tot een hogere productie met dezelfde hoeveelheid apparatuur, die beide de productie zuiniger kunnen maken. Maar er moet ook rekening worden gehouden met de kosten van het geleidende polymeer en de fabricageapparatuur, en het proces moet op grote schaal worden gedemonstreerd. Het proces zal ook moeten concurreren met andere veelbelovende experimentele productiemethoden, zegt Stanley Whittingham , een professor in de chemie, materiaalkunde en techniek aan de State University van New York, in Binghamton.
Manthiram heeft onlangs vorderingen gepubliceerd voor twee andere soorten lithium-ionbatterijmaterialen en werkt ermee samen: ActaCell , een startup gevestigd in Austin, TX, om de technologie die in zijn laboratorium is ontwikkeld, te commercialiseren. Het bedrijf, dat vorige week aankondigde dat het $ 5,58 miljoen aan durfkapitaal heeft opgehaald, heeft al een deel van de technologie van Manthiram in licentie gegeven, maar het zal pas volgend jaar zeggen welke technologie.