O echipă de cercetători de la Universitatea Hanyang din Coreea de Sud a identificat un mecanism de îmbătrânire trecut cu vederea până acum în cazul materialelor catodice fără cobalt și bogate în nichel. Concluziile studiului arată că simpla depozitare a precursorilor în aer liber poate declanșa modificări chimice care reduc drastic durata de viață a bateriilor.
Oamenii de știință s-au concentrat pe catozii fără cobalt care folosesc un miez bogat în nichel și un înveliș protector bogat în mangan. Aceste materiale sunt considerate o soluție extrem de promițătoare pentru a extinde autonomia vehiculelor electrice și, în același timp, pentru a reduce dependența de cobalt, o materie primă critică. Cu toate acestea, echipa a descoperit că simplul contact al precursorilor cu aerul este suficient pentru a declanșa reacții chimice ce accelerează degradarea acumulatorilor.
Potrivit studiului, depozitarea precursorilor în aer determină oxidarea manganului de pe suprafața particulelor. Acest proces de oxidare creează zone defecte la suprafață, care conțin compuși de mangan afectați de așa-numita distorsiune Jahn-Teller. Acești compuși reacționează extrem de agresiv cu electrolitul, favorizează dizolvarea metalelor de tranziție și declanșează reacții dăunătoare la nivelul anodului de grafit. În sistemele de baterii bogate în nichel analizate, cercetătorii au constatat că acest efect a dublat pierderea de capacitate în timpul testelor de ciclare pe termen lung.
„Am descoperit că învelișul bogat în mangan, care în mod normal este introdus pentru a proteja catozii cu conținut ridicat de nichel, poate deveni în schimb un catalizator al degradării dacă chimia precursorilor nu este controlată cu strictețe”, a explicat profesorul Bang. „Chiar și micile variații în istoricul de depozitare a precursorilor pot afecta substanțial stabilitatea bateriei”.
Ca o potențială soluție, cercetătorii propun creșterea conținutului de litiu în timpul procesului de sinteză. Conform studiului, această abordare blochează formarea fazei de suprafață cu defecte și restabilește o legătură stabilă între mangan și oxigen. În cadrul testelor efectuate, catozii produși prin această metodă au reținut peste 90% din capacitate, demonstrând o stabilitate pe termen lung considerabil îmbunătățită.
Echipa de cercetare este de părere că aceste rezultate oferă indicii esențiale pentru dezvoltarea catozilor de mare energie și fără cobalt. Specialiștii subliniază că simpla eliminare a cobaltului nu este suficientă.
„Rezultatele noastre arată că până și modificările minore în istoricul precursorilor pot avea consecințe majore asupra performanței bateriei, ceea ce transformă gestionarea acestor materiale într-un factor crucial pentru producția la scară industrială”, a adăugat prof. Bang.
Potrivit autorilor studiului, un control riguros al manipulării materialelor și al stoechiometriei (calculul cantităților de reactanți și produse într-o reacție chimică, n.red.) litiului ar putea oferi o cale relativ simplă către baterii mai durabile. Acest lucru s-ar putea realiza fără a fi nevoie de straturi protectoare suplimentare costisitoare sau de modificări radicale pe liniile de producție.
Pentru claritate, studiul nu a analizat bateriile de tip LFP (litiu-fier-fosfat) și NMC (nichel-mangan-cobalt) folosite în prezent pe majoritatea vehiculelor electrice. În schimb, cercetarea se concentrează pe catozii fără cobalt și bogați în nichel, cu straturi de protecție bogate în mangan, care sunt dezvoltați ca potențiali succesori ai actualelor celule litiu-ion. Prin urmare, concluziile oferă concluzii extrem de utile pentru viitoarea generație de baterii, demonstrând că durabilitatea pe termen lung depinde nu doar de chimia celulei, ci și de controlul minuțios al procesului de fabricație.
CITEȘTE ȘI:
Analiză Autovit.ro: Care sunt tendințele pieței din România
Comentați?