Nikal je budućnost visokoenergetskih baterija

Uloga nikla u budućnosti baterija za električna vozila je jasna. Ima ga više i lakše ga je nabaviti od široko korištenog kobalta, a njegova veća gustoća energije znači veće domete vožnje između punjenja.

Međutim, nikal je manje stabilan od drugih materijala s obzirom na vijek trajanja, toplinsku stabilnost i sigurnost. Istraživači sa Sveučilišta Texas u Austinu i Nacionalnog laboratorija Argonne namjeravaju to promijeniti novom studijom koja duboko zaranja u katode na bazi nikla, jednu od dvije elektrode koje olakšavaju pohranjivanje energije u baterijama.

"Katode s visokim udjelom nikla imaju potencijal revolucionirati tržište električnih vozila pružajući dulje domete vožnje", rekao je Arumugam Manthiram, profesor na Walker Department of Mechanical Engineering i Texas Materials Institute i jedan od voditelja studije objavljene u Nature Energy. "Naša studija pruža sveobuhvatnu analizu njihove toplinske stabilnosti, što je ključno za razvoj sigurnijih baterija." ​

Istraživački tim proveo je više od 500 mjerenja na 15 katodnih materijala s visokim udjelom nikla. Otkrili su da svaka katoda ima kritično stanje napunjenosti koje definira njezinu sigurnu radnu granicu. Snaga veza metal-kisik i površinska reaktivnost utječu na ovo ključno stanje. ​

Jednom kada materijal prijeđe ovu granicu, dolazi do nestabilnosti. To može izazvati katastrofalno stanje, kada povećana temperatura oslobađa energiju koja dodatno zagrijava bateriju, značajno povećavajući rizik od kvara ili požara.

Kao dio ovog projekta, istraživači su razvili indeks toplinske stabilnosti, kvantificirajući kako materijal reagira tijekom toplinskog bijega. Čimbenici koji utječu na toplinsku stabilnost katode uključuju sastav katode, površinski kemijski sastav, sadržaj nikla i veličinu kristala.

Ovo istraživanje ima dalekosežne implikacije, nudeći put do sigurnijih, učinkovitijih baterija koje mogu podržati rastuću potražnju za električnim vozilima. ​Kako se svijet kreće prema čišćim energetskim rješenjima, ova su poboljšanja ključna za to da električna vozila budu održivija i privlačnija za potrošače. ​

"Naš rad pruža putokaz koji industrija treba slijediti, osiguravajući da visoka gustoća energije ovih katoda ne dolazi po cijenu sigurnosti", rekao je Zehao Cui, znanstveni suradnik u Manthiramovoj grupi.

Istraživači će sada nastaviti svoj rad na toplinskoj stabilnosti i katodama, a zatim će u jednadžbu unijeti elektrolite, kemijske komponente, često na bazi tekućine, koje prenose ione koji prenose naboj naprijed-natrag. Omogućuju funkcionalnost punjenja i pražnjenja baterije, a osiguranje pouzdane interakcije između elektrolita i katoda ključno je za poboljšanje sigurnosti baterije.