Компания CBMM Niobium провела веб-семинар «Электрификация будущего - инновационные материалы для аккумуляторов» по катодам, в котором провидцы отрасли сообщили о новых результатах. Ниобий (Nb) - мягкий металл, ранее называвшийся в США колумбием. CBMM является поставщиком ниобиевых продуктов и технологий.
Исследователи обнаруживают, что ниобий можно использовать в батареях для обеспечения стабильности, увеличения емкости, покрытия и более быстрой зарядки.
В вебинаре приняли участие лауреат Нобелевской премии по химии профессор Стэнли Уиттингем, доктор Стивен Кэмпбелл, технический директор Nano One Materials Corporation, Марк Грессер, президент и генеральный директор Wildcat Discovery Technologies, и профессор Ян-Кук Сун, Университет Ханьян.
Нобелевский лауреат Hark Back to Crystal Days
Профессор Стэнли Уиттингем FRS, лауреат Нобелевской премии по химии в 2019 году, за свою работу с литий-ионными батареями рассказал о свойствах ниобия, батареях на тысячу миль, монокристаллических катодах и электромобилях.
Он сообщил, что ниобий очищает поверхности и помогает сохранять жизнеспособность.
«Ясно, что ниобий стабилизирует материалы. Это немного снижает тепловое выделение, - говорит Уиттингем, - Что касается езды на велосипеде, это помогает значительно снизить импеданс ячейки ».
«Сегодня все едят фрикадельки. Какая еще альтернатива? Если мы вернемся к нашим ранним дням в Exxon, мы использовали монокристаллы. Когда мы говорим, что ведем себя плохо, это потому, что сами фрикадельки трескаются », - говорит Уиттингем.
Он отмечает, что Джефф [Дан] начал с концепции батарей на миллион миль. Он объясняет, почему монокристаллы позволяют использовать батареи на миллион миль.
«Ключом к этому [монокристаллам] является меньшая площадь поверхности, меньше побочных реакций и более длительный срок службы батарей на миллион миль. Это не значит, что вы собираетесь проехать миллион миль. Это означает, что вы сможете подключить свой автомобиль к электросети. Это поможет стабилизировать сетку. Коммунальное предприятие сможет отключить электроэнергию из вашей системы и снова включить ее », - говорит Уиттингем.
«Вы можете предотвратить растрескивание самих монокристаллов, сделав их размером около 3 микрон. Следующий шаг - включить ниобий в монокристаллы и посмотреть, стабилизирует ли это их еще больше », - говорит он.
Он сообщает, что в будущем ниобиевая промышленность должна работать над новыми производственными технологиями; новые региональные цепочки поставок (как предлагается в Европе); чистая добыча с использованием чистой энергии и чистых технологий вторичной переработки.
Компания Auto Futures спросила Уиттингема: «Являются ли аккумуляторы электромобилей такими, какими вы хотели бы их видеть, чтобы вы управляли электромобилем?»
«Я не езжу на электромобиле прямо сейчас, потому что живу на холмах в снегу. Мне нужен полноприводный автомобиль. Однако я смотрю на новый BMW и новые внедорожники Volkswagen. Если кто-то может дать мне такой, я буду рад попробовать. В общем, электромобили не умеют запускать холодный двигатель », - отвечает Уиттингем о вождении в Бингхэме, штат Нью-Йорк.
Приготовление катодных материалов в одной емкости
Д-р Стивен Кэмпбелл, технический директор Nano One Materials Corporation, рассказал о лучшем способе производства катодных материалов в одной емкости с помощью Nano One Materials.
Запатентованный процесс изготовления катодов One Pot начинается со всех материалов в одном реакторе, который он сравнивает с ведром с палкой. Этот процесс сокращает отходы, сульфаты и время обжига. По словам Кэмпбелла, он использует часть углеродного следа других методов и может сэкономить тысячи долларов на тонну.
Процесс One Pot может производить монокристаллическую структуру с покрытием в активных материалах катода, что повышает долговечность. Ниобий является выбранным элементом покрытия для формирования тонкого покрытия из ниобата лития (LiNbO3) на каждом кристалле, сообщает Кэмпбелл.
«Покрытие из ниобата лития очень хорошо прилипает и покрывает каждую поверхность отдельных кристаллов», - говорит Кэмпбелл.
Нанокристаллы с индивидуальным покрытием сопротивляются трещинам, повышая при этом долговечность и производительность, о чем говорится в литературе Nano One Materials.
По словам Кэмпбелла, ниобат лития также может использоваться в твердотельных электролитах для повышения производительности и долговечности.
«Нам нужен был способ добавления ниобия в нашу емкость в растворимой форме, которую нелегко получить в промышленной форме. Таким образом, мы стали партнерами CBMM, чтобы поставить ниобий, который работает в однореакторном процессе », - говорит Кэмпбелл.
В заключение он сказал: «Ниобий - важный элемент в высокоэффективных литий-ионных батареях для будущего энергетических технологий».
Повышение плотности батареи с помощью неупорядоченных солей
Марк Грессер, президент и главный исполнительный директор Wildcat Discovery Technologies, представил результаты последних исследований компании по катодам с неупорядоченными каменными солями (DRX) с использованием экологически чистого ниобия.
Литий-ионный аккумулятор приближается к пределу для плотности энергии традиционных материалов. Катод составляет 20-40% от общей стоимости аккумуляторов. Кобальт, используемый в катодах, имеет высокую волатильность в ценах, сообщает Грессер.
Wildcat обнаружил множество преимуществ DRX, в том числе повышенную энергоэффективность, больший запас хода, меньшие батареи и снижение затрат. Кобальт и никель можно исключить для уменьшения воздействия на окружающую среду. Этот материал более безопасен, снижает тепловое управление и имеет повышенную плотность энергии.
«DRX может сэкономить 1400 долларов на автомобильной аккумуляторной батарее», - говорит Грессер.
«Мы увеличиваем плотность энергии, и ниобий является ключевым элементом, - говорит Грессер, - мы рассчитываем добиться значительного прогресса в сохранении затрат на минимально возможном уровне».
Он говорит, что DRX может стать следующим экологически чистым материалом, когда появятся твердотельные батареи. DRX имеет небольшое расширение объема, что делает его пригодным для твердотельных батарей.
Исследования Университета Ханьян
Профессор Ян-Кук Сун из Университета Ханьян, Южная Корея, сообщил о том, как новые технологии ниобия как для катода, так и для анодов аккумуляторов делают их более стабильными, быстрее заряжаются и имеют более длительный срок службы.
«Введение ионов Nb во время литирования NCA85 представляет собой эффективное решение, которое гарантирует достаточный срок службы батареи, быструю зарядку и безопасность без ущерба для емкости батареи для электромобилей следующего поколения», - поясняет Сан.
Хотя ниобий в батареях может быть недоступен этой зимой в электрическом внедорожнике профессора Уиттингема, технология приближается к коммерциализации.
«Мы близки к полной коммерциализации в ближайшие годы, - говорит Робсон Монтейро, старший специалист по развитию рынка CBMM. - Мы работаем с нашими партнерами над дальнейшими шагами».