Nowe badania przeprowadzone przez naukowców z MIT sugerują, że innowacyjne materiały akumulatorowe mogą stanowić bardziej zrównoważony sposób zasilania samochodów elektrycznych. Zamiast wykorzystywać kobalt lub nikiel, nowo opracowany akumulator litowo-jonowy wykorzystuje katodę opartą na organicznych materiałach.
Badacze wykazali, że nowy materiał, który można wytwarzać znacznie taniej niż akumulatory z zawartością kobaltu, jest w stanie przewodzić prąd elektryczny w podobnym stopniu co tradycyjne akumulatory kobaltowe. Ponadto, nowy akumulator ma porównywalną pojemność magazynową i można go szybciej naładować niż akumulatory kobaltowe.
Zastosowanie tego nowego materiału może mieć duże znaczenie, ponieważ działa on bardzo efektywnie. Może on konkurować z technologiami obecnie stosowanymi na rynku, jednocześnie redukując koszty oraz problemy związane z wydobyciem metali używanych w tradycyjnych akumulatorach.
Obecnie większość samochodów elektrycznych zasilana jest akumulatorami litowo-jonowymi, których katoda zawiera kobalt. Niestety kobalt ma swoje wady – jest metalem rzadko występującym, a jego cena może gwałtownie się zmieniać. Ponadto wiele depozytów kobaltu znajduje się w politycznie niestabilnych krajach. Wydobycie kobaltu wiąże się z niebezpiecznymi warunkami pracy oraz generowaniem toksycznych odpadów.
Ze względu na te wady, badacze intensywnie poszukują alternatywnych materiałów akumulatorowych. Jednym z takich materiałów jest litowo-żelazofosforan (LFP), który niektórzy producenci samochodów zaczynają stosować w pojazdach elektrycznych. Niestety, mimo że LFP jest praktyczny, ma tylko około połowę gęstości energetycznej akumulatorów kobaltowych i niklowych.
Innym obiecującym rozwiązaniem są materiały organiczne, jednak większość z nich nie osiąga takiej przewodności, pojemności magazynowej i trwałości jak akumulatory zawierające kobalt. Jednak nowy materiał opracowany przez naukowców z MIT może stanowić przełom w tej dziedzinie. Składa się on z wielu warstw TAQ (bis-tetraaminobenzochinonu), organicznej cząsteczki zawierającej trzy sześciokątne pierścienie. Struktura ta przypomina grafen. Materiał ten jest bardzo stabilny i nielotny, co jest istotne dla jego trwałości wewnątrz akumulatora.
Testy tego materiału wykazały, że jego przewodność i pojemność magazynowa są porównywalne do tradycyjnych akumulatorów zawierających kobalt. Ponadto, baterie z katodą TAQ mogą być ładowane i rozładowywane szybciej niż istniejące akumulatory, co może przyspieszyć proces ładowania samochodów elektrycznych.
Aby zwiększyć stabilność materiału organicznego i jego przyczepność do kolektora prądu akumulatora (zwykle wykonanego z miedzi lub aluminium), badacze dodali materiały wypełniające, takie jak celuloza i guma. Te wypełniacze nie redukują znacząco pojemności magazynowej baterii. Dodatkowo, chronią one katodę akumulatora przed pękaniem podczas naładowywania.
Wprowadzenie na rynek akumulatorów opartych na organicznych materiałach może mieć ogromne znaczenie dla przyszłości samochodów elektrycznych. Dzięki temu rozwiązaniu można by uniknąć problemów związanych z wydobyciem kobaltu, redukując koszty i wpływ na środowisko naturalne.
FAQ
1. Jaki rodzaj nowego materiału jest stosowany w opracowanym akumulatorze litowo-jonowym?
W opracowanym akumulatorze litowo-jonowym zamiast kobaltu lub nikielu wykorzystywana jest katoda oparta na organicznych materiałach.
2. Jakie korzyści przynosi zastosowanie nowego materiału w akumulatorach?
Badacze wykazali, że nowy materiał jest w stanie przewodzić prąd elektryczny w podobnym stopniu co tradycyjne akumulatory kobaltowe. Ponadto, akumulatory z nowym materiałem mają porównywalną pojemność magazynową i można je szybciej naładować niż akumulatory kobaltowe.
3. Jakie problemy związane z wydobyciem kobaltu stoją przed tradycyjnymi akumulatorami litowo-jonowymi?
Kobalt jest metalem rzadko występującym, a jego cena może gwałtownie się zmieniać. Ponadto, wiele depozytów kobaltu znajduje się w politycznie niestabilnych krajach. Wydobycie kobaltu wiąże się również z niebezpiecznymi warunkami pracy oraz generowaniem toksycznych odpadów.
4. Jakie inne materiały akumulatorowe są alternatywami dla tradycyjnych akumulatorów zawierających kobalt?
Jednym z alternatywnych materiałów jest litowo-żelazofosforan (LFP), który ma niemal połowę gęstości energetycznej akumulatorów kobaltowych i niklowych. Materiały organiczne są również obiecujące, ale większość z nich nie osiąga takiej przewodności, pojemności magazynowej i trwałości jak akumulatory zawierające kobalt.
5. Jakie są zalety nowego materiału opracowanego przez naukowców z MIT?
Testy tego materiału wykazały, że jego przewodność i pojemność magazynowa są porównywalne do tradycyjnych akumulatorów zawierających kobalt. Baterie z katodą z nowym materiałem mogą być ładowane i rozładowywane szybciej niż istniejące akumulatory.
6. Jak zwiększono stabilność i przyczepność materiału organicznego w akumulatorze?
Badacze zastosowali materiały wypełniające, takie jak celuloza i guma, w celu zwiększenia stabilności materiału organicznego i jego przyczepności do kolektora prądu akumulatora. Te wypełniacze nie redukują znacząco pojemności magazynowej baterii i chronią katodę akumulatora przed pękaniem podczas naładowywania.
7. Jakie mogą być korzyści wprowadzenia na rynek akumulatorów opartych na organicznych materiałach?
Wprowadzenie na rynek akumulatorów opartych na organicznych materiałach może pomóc uniknąć problemów związanych z wydobyciem kobaltu, co prowadzi do redukcji kosztów i wpływu na środowisko naturalne.
Definicje
– Akumulator litowo-jonowy: rodzaj akumulatora, w którym energia elektryczna jest przechowywana w postaci chemicznej, wykorzystując reakcje pomiędzy elektrodami litowymi a elektrolitem jonowym.
– Katoda: elektroda, na której zachodzi reakcja redukcji w akumulatorze lub baterii.
– Kobalt: metal, którego wykorzystuje się w tradycyjnych akumulatorach litowo-jonowych jako składnik katody.
– Gęstość energetyczna: ilość energii zgromadzonej w jednostce objętości materiału.
– Litowo-żelazofosforan (LFP): materiał wykorzystywany w niektórych akumulatorach litowo-jonowych jako alternatywa dla kobaltu.
– Przewodność: zdolność materiału do przewodzenia prądu elektrycznego.
– Wypełniacze: materiały dodawane do akumulatora w celu zwiększenia stabilności materiału organicznego i przyczepności do kolektora prądu.
– Wydobycie: proces pozyskiwania surowca z zasobów naturalnych.
Propozycje powiązanych linków:
MIT
The source of the article is from the blog mivalle.net.ar