211service.com
Lithium-ion-batterier til mindre
En ny måde at fremstille avancerede lithium-ion batterimaterialer på løser et af deres største resterende problemer: omkostninger. Arumugam Manthiram , en professor i materialeteknik ved University of Texas i Austin, har vist, at en mikrobølgebaseret metode til fremstilling af lithiumjernfosfat tager kortere tid og bruger lavere temperaturer end konventionelle metoder, hvilket kan føre til lavere omkostninger.
Nanokraft: Et elektron-mikroskopbillede af 40 nanometer brede stavformede partikler, der udgør et lovende batterimateriale.
Lithiumjernfosfat er et alternativ til lithium-koboltoxidet, der bruges i de fleste lithium-ion-batterier i bærbare computere. Det lover at blive meget billigere, fordi det bruger jern frem for det meget dyrere metalkobolt. Selvom det lagrer mindre energi end nogle andre lithium-ion-materialer, er lithiumjernphosphat sikrere og kan fremstilles på måder, der tillader materialet at levere store strømudbrud, egenskaber, der gør det særligt anvendeligt i hybridbiler.
Faktisk er lithiumjernfosfat blevet et af de hotteste nye batterimaterialer. For eksempel, A123 systemer , en startup baseret i Watertown, MA, der har udviklet en form for materialet, har rejst mere end $148 millioner og kommercialiseret batterier til genopladelige elværktøjer, der kan udkonkurrere konventionelle plug-in værktøjer. Materialet er også en af de typer, der testes til en ny elbil fra General Motors.
Men det har vist sig svært og dyrt at fremstille lithiumjernfosfatbatterier, hvilket skærer i potentielle omkostningsbesparelser i forhold til mere konventionelle lithium-ion-batterier. Typisk fremstilles materialerne i en proces, der tager timer og kræver temperaturer helt op til 700 °C.
Manthirams metode går ud på at blande kommercielt tilgængelige kemikalier - lithiumhydroxid, jernacetat og fosforsyre - i et opløsningsmiddel og derefter udsætte denne blanding for mikrobølger i fem minutter, som opvarmer kemikalierne til omkring 300 °C. Processen danner stavformede partikler af lithiumjernfosfat. De højest ydende partikler er omkring 100 nanometer lange og 25 nanometer brede. Den lille størrelse er nødvendig for at tillade lithium-ioner at bevæge sig hurtigt ind og ud af partiklerne under op- og afladning af batteriet.
For at forbedre ydeevnen af disse materialer coated Manthiram partiklerne med en elektrisk ledende polymer, som selv blev behandlet med små mængder af en type sulfonsyre. De coatede nanopartikler blev derefter inkorporeret i en lille battericelle til test. Ved langsomme udledningshastigheder udviste materialerne en imponerende kapacitet: ved 166 milliampere timer per gram kom materialerne tæt på den teoretiske kapacitet af lithiumjernphosphat, som er 170 milliampere timer per gram. Denne kapacitet faldt hurtigt ved højere udledningshastigheder i indledende test. Men Manthiram siger, at de nye versioner af materialet har vist bedre ydeevne.
Det er stadig for tidligt at sige, hvor meget den nye tilgang vil reducere omkostningerne ved fremstilling af lithiumjernfosfatbatterier. Metodens lave temperaturer kan reducere energibehovet, og det faktum, at den er hurtig, kan føre til højere produktion fra den samme mængde udstyr – hvilket begge kan gøre fremstillingen mere økonomisk. Men prisen på den ledende polymer og produktionsudstyr skal også indregnes, og processen skal demonstreres i stor skala. Processen bliver også nødt til at konkurrere med andre lovende eksperimentelle fremstillingsmetoder, siger Stanley Whittingham , professor i kemi, materialevidenskab og teknik ved State University of New York i Binghamton.
Manthiram har for nylig offentliggjort fremskridt for to andre typer lithium-ion batterimaterialer og arbejder med ActaCell , en startup baseret i Austin, TX, for at kommercialisere teknologien udviklet i hans laboratorium. Selskabet, som i sidste uge annoncerede, at det har rejst 5,58 millioner dollars i venture-finansiering, har allerede licenseret noget af Manthirams teknologi, men det vil ikke sige hvilken teknologi før næste år.