Токійські науковці здійснили технологічний прорив, створивши акумулятор, у якому відсутній кобальт. Це дозволить суттєво знизити негативний вплив галузі на екологію
LIB (lithium-ion batteries) Фото: freepik.com
У виробництві акумуляторів використовують найрізноманітніші елементи, в тому числі кобальт, заміна якого сприятиме вирішенню багатьох екологічних, економічних і соціальних проблем.
Вперше команда дослідників з Токійського університету представила життєздатну альтернативу кобальту, яка в деяких аспектах може перевершити найсучаснішу хімію акумуляторів. Вона також витримує велику кількість циклів перезарядки, а теорія, що лежить в її основі, може бути застосована до вирішення інших проблем.
Кобальтова дилема
Кобальт широко використовується для виготовлення ключової частини літій-іонних акумуляторів (LIB) — електродів. Однак цей елемент досить рідкісний, настільки, що в даний час існує лише одне основне джерело його видобутку — ряд шахт, розташованих в Демократичній Республіці Конго.
Протягом багатьох років повідомлялося про екологічні наслідки діяльності цих шахт, а також про умови праці на них, включаючи залучення дітей. З точки зору постачання, джерело кобальту також є проблемою через політичну та економічну нестабільність у регіоні.
«Є багато причин, чому ми хочемо відмовитися від використання кобальту, щоб поліпшити літій-іонні батареї, — сказав професор Ацуо Ямада з кафедри інженерії хімічних систем. — Для нас це технічний виклик, але його вплив може бути екологічним, економічним, соціальним і технологічним. Ми раді повідомити про нову альтернативу кобальту шляхом використання нової комбінації елементів в електродах, включаючи літій, нікель, марганець, кремній і кисень — набагато більш поширені і менш проблематичні у виробництві та роботі елементи».
Cobalt-free lithium-ion battery Фото: University of Tokyo, Yamada et al. CC-BY-ND
Цікаве по темі: Китайські вчені створили “вічний” акумулятор
Сучасні розробки
Нові електроди та електроліт, створені Ямадою та його командою, не лише не містять кобальту, але й дещо покращують хімічний склад сучасних акумуляторів. Щільність енергії нових LIB приблизно на 60% вища, що може означати довший термін служби, і вони можуть видавати 4,4 вольта, на відміну від 3,2-3,7 вольта типових LIB.
Але одним з найдивовижніших технологічних досягнень стало покращення характеристик перезарядки. Тестові батареї з новою хімією змогли повністю зарядитися і розрядитися за 1 000 циклів (імітуючи три роки повного використання і зарядки), втративши при цьому лише близько 20% своєї ємності.
«Ми дуже задоволені результатами, але на шляху до цього були певні труднощі. Ми намагалися придушити різні небажані реакції, які відбувалися в ранніх версіях наших нових хімічних реагентів, що могли різко скоротити термін служби акумуляторів, — розповів Ямада. —І нам ще потрібно пройти певний шлях, оскільки існують тривалі незначні реакції, які потрібно зменшити, щоб ще більше підвищити безпеку та довговічність акумуляторів. Наразі ми впевнені, що це дослідження призведе до вдосконалення акумуляторів для багатьох сфер застосувань, але потреби деяких з них, де потрібна надзвичайна міцність і надійність, поки що не можуть бути задоволені».
Ознайомтеся з іншими популярними матеріалами:
Чим людству загрожує зникнення Південного океану – прогноз учених
Вчені створили датчик, розміром з молекулу
Учені виявили, що більшість ссавців світяться в ультрафіолеті
За матеріалами scitechdaily.com.
