Billiges Mangan versorgt die Batterie eines Elektroautos mit beeindruckenden 820 Wh/kg, ohne dass es zu Korrosion kommt.

Japanische Forscher der Yokohama National University haben eine vielversprechende Alternative zu Batterien auf Nickel-Kobalt-Basis für Elektrofahrzeuge aufgezeigt.

Ihr Ansatz basiert auf der Verwendung von Mangan in der Anode, um eine Batterie mit hoher Energiedichte zu schaffen, die kostengünstig und nachhaltig ist.

Hersteller von Elektrofahrzeugen bevorzugen Nickel-Kobalt-Batterien, da diese eine höhere Energiedichte bieten, was eine größere Reichweite bei einem kleineren Batteriepaket bedeutet. Allerdings sind beide Komponenten sehr teuer und relativ selten, was sie zu nicht nachhaltigen Optionen macht, wenn der Einsatz von Elektrofahrzeugen weltweit stark ansteigt.

Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) sind in den meisten elektronischen Geräten die bevorzugte Wahl für wiederaufladbare Batterien. Allerdings sind sie aufgrund ihrer geringen Energiedichte gegenüber Elektroautos im Nachteil. Forschungs- und Entwicklungsbemühungen zu deren Verbesserung haben zu besseren Optionen für Lithium-Ionen-Batterien geführt.

Es wurden auch Experimente mit Mangan im Anodenmaterial neben Lithium, beispielsweise LiMnO2, durchgeführt. Allerdings waren die Anwendungen aufgrund der schlechten Elektrodenleistung begrenzt. Forscher der Yokohama National University (YNU) in Japan haben sich in ihrer jüngsten Arbeit mit diesem Problem befasst.

Arbeiten mit einem monoklinen System

Nach eingehender Untersuchung von LiMnO2 in seinen verschiedenen Formen mithilfe von Röntgenbeugung, Rasterelektronenmikroskopie und elektrochemischen Methoden fanden der Forscher Naoki Yabuchi und sein Team an der Universität Yangon heraus, dass ein monoklines laminares Feld die Strukturumwandlung von LiMnO2 in ein spinellartiges Feld aktiviert Phase. Ein monoklines System ist eine Art Gruppensymmetrie einer festen Kristallstruktur.

LiMnO2 verbessert die Leistung des Elektrodenmaterials, indem es den Phasenübergang erleichtert. Ohne Phasenübergang ist die Leistung der LiMnO2-Elektrode nicht optimal.

„Aus dieser Entdeckung wurde nanoskaliges LiMnO2 mit monoklinen Schichtdomänenstrukturen und großer Oberfläche mithilfe einer einfachen Festkörperreaktion direkt synthetisiert“, sagte Yabuchi in einer Erklärung. Pressemitteilung.

Die Reaktion erfordert keine Zwischenschritte und kann mithilfe des Kalzinierungsverfahrens direkt aus zwei Komponenten hergestellt werden.

Leistungsverbesserungen mit Mn

Tests nach der Installation ergaben, dass die Batterie mit einer LiMnO2-Elektrode eine Energiedichte von 820 Wattstunden pro Kilogramm (Wh kg-1) erreichte, verglichen mit 750 Wattstunden pro Kilogramm mit einer Batterie auf Nickelbasis. Nur Lithium-basierte Batterien haben eine geringere Energiedichte von 500 Wattstunden pro Kilogramm.

Das sagten die Forscher Interessante Geometrie In einer E-Mail wird darauf hingewiesen, dass Mangan, wenn es in mehreren anderen Formen verwendet wird, typischerweise die halbe Energiedichteamplitude aufweist.

Eine frühere Studie mit Mangan berichtete über Spannungsabfälle in Batterien, bei denen die Spannungsabgabe mit der Zeit abnahm und die Leistung des elektronischen Geräts verringerte. Mit der LiMnO2-Elektrode konnten die Forscher solche Ergebnisse jedoch nicht beobachten.

Es kann dennoch zu einer Zersetzung von Mangan kommen, entweder aufgrund von Phasenänderungen oder durch Reaktion mit einer sauren Lösung. In der Pressemitteilung heißt es weiter, dass die Forscher dieses Problem mit einer hochkonzentrierten Elektrolytlösung und einer Lithiumphosphatbeschichtung angehen wollen.

Die Forscher zeigen sich zuversichtlich, dass ihre Arbeit zur Entwicklung eines neuen Produkts beigetragen hat, das mit den aktuellen Optionen konkurrenzfähig, nachhaltig in der Produktion und langfristig umweltfreundlich ist. Sie wollen ihre Technologie kommerzialisieren und in der Elektrofahrzeugindustrie einsetzen.

„Wir haben eine sehr kostengünstige Methode gefunden, und das ist das wichtige Ergebnis unserer Studie“, fügte das Forschungsteam in seiner E-Mail an IE hinzu.