Nowe badania przeprowadzone przez naukowców z MIT sugerują, że innowacyjne materiały do akumulatorów mogą zapewnić bardziej zrównoważony sposób zasilania pojazdów elektrycznych. Zamiast korzystać z kobaltu lub niklu, nowo opracowany akumulator litowo-jonowy wykorzystuje katodę opartą na materiałach organicznych.
Naukowcy wykazali, że nowy materiał, który można znacznie bardziej efektywnie produkować niż akumulatory zawierające kobalt, jest zdolny do prowadzenia prądu elektrycznego w podobnym stopniu jak tradycyjne akumulatory kobaltowe. Ponadto, nowy akumulator ma porównywalną pojemność magazynowania i można go ładować szybciej niż akumulatory kobaltowe.
Zastosowanie tego nowego materiału może mieć znaczenie, ponieważ działa on bardzo wydajnie. Może konkurować z obecnie używanymi technologiami na rynku, jednocześnie obniżając koszty i rozwiązując problemy związane z wydobyciem metali używanych w tradycyjnych akumulatorach.
Obecnie większość pojazdów elektrycznych zasilana jest akumulatorami litowo-jonowymi z katodami zawierającymi kobalt. Niestety, kobalt ma swoje wady – jest rzadkim metalem, a jego cena może się drastycznie zmieniać. Ponadto, wiele złóż kobaltu znajduje się w politycznie niestabilnych krajach. Wydobycie kobaltu wiąże się z niebezpiecznymi warunkami pracy i generuje toksyczne odpady.
Ze względu na te wady, badacze aktywnie poszukują alternatywnych materiałów do akumulatorów. Jednym z takich materiałów jest fosforan żelaza litu (LFP), którego niektórzy producenci samochodów używają w pojazdach elektrycznych. Jednak mimo że LFP jest praktyczny, ma tylko około połowy gęstości energetycznej akumulatorów kobaltowych i niklowych.
Materiały organiczne są kolejnym obiecującym rozwiązaniem, ale większość z nich nie osiąga przewodności, pojemności magazynowania i trwałości akumulatorów zawierających kobalt. Jednak nowy materiał opracowany przez naukowców z MIT może być przełomem w tej dziedzinie. Składa się on z wielu warstw TAQ (bistetraaminobenzochinonu), organicznej cząsteczki zawierającej trzy szesciokątne pierścienie. Jego struktura przypomina grafen. Ten materiał jest bardzo stabilny i niewolatylny, co jest kluczowe dla jego trwałości wewnątrz akumulatora.
Testy tego materiału wykazały, że jego przewodność i pojemność magazynowania są porównywalne do tradycyjnych akumulatorów kobaltowych. Ponadto, akumulatory z katodami z TAQ można ładować i rozładowywać szybciej niż istniejące akumulatory, co może przyspieszyć proces ładowania pojazdów elektrycznych.
Aby zwiększyć stabilność materiału organicznego i jego przyleganie do kolektora prądu akumulatora (zwykle wykonanego z miedzi lub aluminium), badacze dodali wypełniacze, takie jak celuloza i guma. Te wypełniacze nie znacznie zmniejszają pojemność magazynową akumulatora i chronią kathodę akumulatora przed pęknięciem podczas ładowania.
Wprowadzenie akumulatorów opartych na materiałach organicznych na rynek może mieć znaczny wpływ na przyszłość pojazdów elektrycznych. To rozwiązanie może pomóc uniknąć problemów związanych z wydobyciem kobaltu, obniżyć koszty i zmniejszyć negatywny wpływ na środowisko.
FAQ:
1. Jakiego rodzaju nowy materiał jest używany w opracowanym akumulatorze litowo-jonowym?
Opracowany akumulator litowo-jonowy wykorzystuje katodę opartą na materiałach organicznych, zamiast na kobalcie lub nikielu.
2. Jakie są korzyści z użycia nowego materiału w akumulatorach?
Naukowcy wykazali, że nowy materiał może prowadzić prąd elektryczny w podobnym stopniu jak tradycyjne akumulatory kobaltowe. Ponadto, akumulatory z nowym materiałem mają porównywalną pojemność magazynowania i można je ładować szybciej niż akumulatory kobaltowe.
3. Jakie problemy związane z wydobyciem kobaltu występują w tradycyjnych akumulatorach litowo-jonowych?
Kobalt to rzadki metal, a jego cena może się drastycznie zmieniać. Ponadto, wiele złóż kobaltu znajduje się w politycznie niestabilnych krajach. Wydobycie kobaltu wiąże się także z niebezpiecznymi warunkami pracy i generuje toksyczne odpady.
4. Jakie inne materiały do akumulatorów są alternatywą dla tradycyjnych akumulatorów zawierających kobalt?
Jednym z alternatywnych materiałów jest fosforan żelaza litu (LFP), który ma niemal połowę gęstości energetycznej baterii kobaltowych i niklowych. Materiały organiczne są również obiecujące, ale większość z nich nie osiąga przewodności, pojemności magazynowania i trwałości akumulatorów zawierających kobalt.
5. Jakie są zalety nowego materiału opracowanego przez naukowców z MIT?
Testy tego materiału wykazały, że jego przewodność i pojemność magazynowania są porównywalne do tradycyjnych akumulatorów kobaltowych. Akumulatory z katodą z tym nowym materiałem można również ładować i rozładowywać szybciej niż istniejące akumulatory.
6. W jaki sposób zwiększono stabilność i przyleganie materiału organicznego w akumulatorze?
Badacze dodawali wypełniacze, takie jak celuloza i guma, aby zwiększyć stabilność materiału organicznego i jego przyleganie do kolektora prądu akumulatora. Te wypełniacze nie znacząco zmniejszają pojemność magazynową akumulatora i chronią katodę akumulatora przed pękanim podczas ładowania.
7. Jakie mogą być korzyści z wprowadzenia na rynek akumulatorów opartych na materiałach organicznych?
Wprowadzenie na rynek akumulatorów opartych na materiałach organicznych może pomóc uniknąć problemów związanych z wydobyciem kobaltu, prowadząc do obniżenia kosztów i mniejszego wpływu na środowisko.
Definicje:
– Akumulator litowo-jonowy: rodzaj akumulatora, w którym energię elektryczną przechowuje się chemicznie, wykorzystując reakcje między elektrodami litowymi a elektrolitem.
– Katoda: elektroda, na której zachodzi reakcja redukcji w baterii lub akumulatorze.
– Kobalt: metal używany w tradycyjnych akumulatorach litowo-jonowych jako składnik katody.
– Gęstość energetyczna: ilość energii przechowywanej na jednostkę objętości materiału.
– Fosforan żelaza litu (LFP): materiał używany 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 poprawy jego przylegania do kolektora prądu.
– Wydobycie: proces pozyskiwania surowców z zasobów naturalnych.
Proposed related links:
MIT
https://www.youtube.com/watch?v=Ax7SE3mCHZQ
The source of the article is from the blog zaman.co.at