Naukowcy z Uniwersytetu w Jokohamie (Japonia) opublikowali pracę badawczą na temat ogniw, w których kobalt (Co) i nikiel (Ni) zastąpiono tlenkami tytanu (Ti) i manganu (Mn) zmielonymi do poziomu, w którym rozmiary cząstek mierzy się w setkach nanometrów. Ogniwa mają być tańsze w produkcji i oferować pojemności porównywalne lub lepsze od współczesnych ogniw Li-ion.
Brak kobaltu i niklu w Li-ion to niższe koszty
Typowe ogniwa litowo-jonowe produkowane są z wykorzystaniem kilku różnych technologii i różnych zestawów pierwiastków i związków chemicznych wykorzystywanych w katodzie. Najważniejsze rodzaje to:
- NCM lub NMC – czyli bazujące na katodzie niklowo-kobaltowo-manganowej; wykorzystuje je większość producentów aut elektrycznych,
- NCA – czyli bazujące na katodzie niklowo-kobaltowo-glinowej; wykorzystuje je Tesla,
- LFP – czyli bazujące na fosforanach żelaza; wykorzystuje je BYD, niektóre inne chińskie marki stosują je w autobusach,
- LCO – czyli bazujące na tlenkach kobaltu; nie znamy producenta samochodów, który by je stosował, pojawiają się natomiast w elektronice,
- LMO – czyli bazujące na tlenkach manganu.
Podział jest uproszczony, ponieważ istnieją ogniwa łączące technologie (np. NCMA). Ponadto katoda to nie wszystko, zostaje jeszcze elektrolit i anoda.
Główny cel większości prac badawczych dotyczących ogniw Li-ion to zwiększenie ich pojemności (gęstości energii), bezpieczeństwa eksploatacji i szybkości ładowania przy wydłużeniu życia przy jednoczesnym obniżeniu kosztów. Cięcia kosztów polegają głównie na pozbywaniu się z ogniw kobaltu i niklu, czyli dwóch najdroższych pierwiastków. Kobalt jest szczególnie problematyczny, ponieważ wydobywa się go głównie w Afryce, nierzadko wykorzystując do tego dzieci.
Najbardziej zaawansowani producenci zeszli dziś do wartości jednocyfrowych (Tesla: 3 procent) lub nieprzekraczających 10 procent.
Co udało się osiągnąć w Japonii?
Badacze z Jokohamy utrzymują, że udało im się całkowicie zastąpić kobalt i nikiel tytanem oraz manganem. Aby zwiększyć pojemność elektrod, zmielili jakieś tlenki (prawdopodobnie właśnie manganu i tytanu), by ich cząsteczki miały wielkości kilkuset nanometrów. Mielenie to często stosowana metoda, ponieważ przy określonej objętości materiału pozwala na maksymalne zwiększenie jego powierzchni.
A im większa powierzchnia, im większa ilość zakamarków w strukturze, tym większa pojemność elektrody.
Z komunikatu wynika, że naukowcom udało się stworzyć prototypowe ogniwa o obiecujących właściwościach, a teraz szukają partnerów w firmach zajmujących się produkcją. Następnym krokiem będą masowe testy ich wytrzymałości, później próba masowej produkcji. Jeśli ich parametry będą obiecujące, do samochodów elektrycznych trafią najwcześniej w okolicy 2025 roku.
