Представьте себе мир, в котором электромобили могут проезжать большие расстояния без бремени дорогих материалов. Прорыв, сделанный исследователями MIT, приближает нас к этой мечте. 7 октября 2024 года команда под руководством профессора Юя Ли представила новый класс катодного материала для литий-ионных батарей, известный как поляньонный спинель с беспорядочной солью (DRXPS). Этот инновационный материал сочетает в себе преимущества двух существующих типов катодов, обеспечивая высокую плотность энергии и замечательную стабильность циклов.
Как объясняет Йимен Хуан, постдокторант, участвующий в исследовании: «Обычно существует компромисс в катодных материалах между плотностью энергии и стабильностью циклов... с этой работой мы стремимся расширить границы, разрабатывая новые химии катодов». Объединив соль с поляньонным оливином, DRXPS достигает баланса, который может революционизировать технологии батарей.
Одним из самых значительных преимуществ DRXPS является его основной компонент: марганец. В отличие от никеля и кобальта, которые дороги и редки, марганец обилен и намного дешевле — как минимум в пять раз дешевле никеля и примерно в 30 раз дешевле кобальта. Профессор Ли подчеркивает: «Наличие этого материала в больших количествах — это огромное преимущество». Эта доступность имеет решающее значение, поскольку мир переходит на возобновляемые источники энергии.
С учетом настоятельной необходимости в эффективных решениях для хранения энергии для электромобилей и систем возобновляемой энергии последствия этого открытия огромны. DRXPS может помочь решить проблемы прерывистости ветровой и солнечной энергии, храня избыточную энергию для использования в периоды низкой генерации. «Если мы хотим добиться истинной электрификации генерации энергии, транспорта и многого другого, нам нужны батареи, богатые элементами», утверждает Ли.
Исследование также решает одну из основных проблем использования катодов из беспорядочной соли — подвижность кислорода, что может привести к деградации материала. Внедряя фосфор, исследователи эффективно стабилизируют кислород, улучшая долговечность и производительность батарей. «Основная инновация здесь... это то, что Йимен добавил именно нужное количество фосфора, образовав так называемые поляньоны с соседними атомами кислорода», объясняет Ли.
Хотя потенциал DRXPS огромен, необходимо провести дополнительные исследования для оптимизации его производства и масштабируемости. Хуан отмечает, что текущий метод синтеза приводит к получению неравномерных материалов, которые трудно масштабировать. Команда изучает новые методы для улучшения морфологии материала и уменьшения необходимого количества проводящего углерода, что может еще больше повысить плотность энергии батареи.
Поскольку мир стремится к устойчивому будущему, разработка доступных и эффективных технологий батарей, таких как DRXPS, может сыграть ключевую роль в переходе к чистой энергии. С продолжающимися исследованиями этот инновационный катодный материал вскоре может стать основой для всего, от электромобилей до систем возобновляемой энергии, что сделает его краеугольным камнем нашего энергетического будущего.