Железният катод ще намали цената на литиево-йонните батерии

Днес цената на катода е половината от цената на литиево-йонната батерия. Съществуват и проблеми, свързани с безопасността и устойчивостта. Нов тип катод на желязна основа ще замени по-скъпите и редки метали – кобалт и никел, и ще проправи пътя за производството на по-безопасни и по-евтини батерии с по-висока енергийна плътност от традиционната литиево-йонна химия.

Търсенето на никел и кобалт нараства заедно с разпространението на електромобилите и след няколко десетилетия прогнозираният недостиг на тези метали няма да позволи да се продължи производството на литиево-йонни батерии в сегашния им вид, пише Science Daily. На всичкото отгоре енергийната плътност на тези клетки вече се доближава до своя таван – още малко и батериите ще започнат да се възпламеняват по време на зареждане заради кислородните емисии. Освен това добивът на кобалт замърсява околната среда и водите.

Всичко това обяснява защо учени от редица страни се занимават с търсене на друг химичен състав на батериите. Международен екип от учени реши да замени катода на литиево- йонната батерия с железен. Желязото е четвъртият най-разпространен елемент в земната кора и със сигурност ще стигне за дълго време.

„Променихме реакционната способност на желязото, най-евтиният от металите“, казва Джи Сюлей, изследовател от Държавния университет в Орегон. – Нашият електрод може да предложи по-висока енергийна плътност от сегашните катодни материали в електрическите автомобили. И тъй като използваме желязо, чиято цена обикновено е под един долар за килограм. Това е съвсем малка част от цената на никела и кобалта, които са от съществено значение за днешните високоенергийни литиево-йонни батерии, цената на нашите батерии е потенциално много по-ниска“.

Изследователите повишават реакционната способност на желязото в катода, като разработват химическа среда на базата на флуор и фосфат. Тази смес, добавена към твърдата среда, позволява двупосочно преобразуване – т.е. презареждане на батерията – на железен прах, литиев флуорид и литиев фосфат в железни соли.

„Показахме, че разработването на материали с аниони може да преодолее сегашния праг на енергийна плътност за по-устойчиви и по-евтини батерии“, казва Джи. – Не използваме по-скъпи соли, комбинирани с желязо, а само тези, които се използват в акумулаторната индустрия, и още желязо на прах. За да инсталираме новия катод, не се налага да променяме нищо друго – нито нови аноди, нито нови производствени линии, нито нова архитектура на батерията. Променяме само едно нещо – катода“.

Според учените, чрез този метод може да подобрена и ефективността на съхранението на електрическата енергия. Това означава, че към днешен ден далеч не всичката електроенергия, вложена в батерията по време на зареждането, е достъпна при разреждането. Този важен параметър също може да бъде подобрен.