Ученые создали экологически чистый, бескобальтовый аккумулятор
Токийские ученые совершили технологический прорыв, создав аккумулятор, в котором отсутствует кобальт. Это позволит существенно снизить негативное влияние отрасли на экологию.
В производстве аккумуляторов используют самые разнообразные элементы, в том числе кобальт, замена которого будет способствовать решению многих экологических, экономических и социальных проблем.
Впервые команда исследователей из Токийского университета представила жизнеспособную альтернативу кобальту, которая в некоторых аспектах может превзойти самую современную химию аккумуляторов. Она также выдерживает большое количество циклов перезарядки, а теория, лежащая в ее основе, может быть применена к решению других проблем.
Кобальтовая дилемма
Кобальт широко используется для изготовления ключевой части литий-ионных аккумуляторов (LIB) — электродов. Однако этот элемент довольно редкий, настолько, что в настоящее время существует лишь один основной источник его добычи — ряд шахт, расположенных в Демократической Республике Конго.
В течение многих лет сообщалось об экологических последствиях деятельности этих шахт, а также об условиях труда на них, включая вовлечение детей. С точки зрения снабжения, источник кобальта также является проблемой из-за политической и экономической нестабильности в регионе.
«Есть много причин, почему мы хотим отказаться от использования кобальта, чтобы улучшить литий-ионные батареи, — сказал профессор Ацуо Ямада с кафедры инженерии химических систем. — Для нас это технический вызов, но его влияние может быть экологическим, экономическим, социальным и технологическим. Мы рады сообщить о новой альтернативе кобальту путем использования новой комбинации элементов в электродах, включая литий, никель, марганец, кремний и кислород — гораздо более распространенные и менее проблематичные в производстве и работе элементы».
Современные разработки
Новые электроды и электролит, созданные Ямадой и его командой, не только не содержат кобальта, но и несколько улучшают химический состав современных аккумуляторов. Плотность энергии новых LIB примерно на 60% выше, что может означать более долгий срок службы, и они могут выдавать 4,4 вольта, в отличие от 3,2-3,7 вольта типичных LIB.
Но одним из самых удивительных технологических достижений стало улучшение характеристик перезарядки. Тестовые батареи с новой химией смогли полностью зарядиться и разрядиться за 1 000 циклов (имитируя три года полного использования и зарядки), потеряв при этом лишь около 20% своей емкости.
«Мы очень довольны результатами, но на пути к этому были определенные трудности. Мы пытались подавить различные нежелательные реакции, которые происходили в ранних версиях наших новых химических реагентов, которые могли резко сократить срок службы аккумуляторов, — рассказал Ямада. — И нам еще нужно пройти определенный путь, поскольку существуют длительные незначительные реакции, которые нужно уменьшить, чтобы еще больше повысить безопасность и долговечность аккумуляторов. Сейчас мы уверены, что это исследование приведет к совершенствованию аккумуляторов для многих сфер применений, но потребности некоторых из них, где требуется чрезвычайная прочность и надежность, пока не могут быть удовлетворены».
