Yeni süreç: Piller için bir katot malzemesi olan lityum kobalt fosfat üretmek için mikrodalga fırın kullanın!
Kılavuz
Kısa süre önce, Almanya Münih Teknik Üniversitesi'nden Dr. Jennifer Ludwig, yüksek kalitede ümit verici pil katot malzemesi lityum kobalt fosfat üretmek için hızlı, basit ve düşük maliyetli bir süreç geliştirdi.
Anahtar kelime
Piller, akıllı telefonlar, elektrot malzemeleri
arka fon
Günümüzde elektrikli arabalar, akıllı telefonlar, tablet bilgisayarlar ve giyilebilir cihazlar gibi elektronik ürünler hayatımızın derinliklerine iniyor. Bununla birlikte, pil her zaman bir dizi elektronik ürünün performansını ve kullanıcı deneyimini etkileyen önemli bir faktördür. Daha yüksek pil kapasitesi, elektrikli araçlar için daha uzun sürüş mesafesi ve akıllı telefonlar gibi elektronik ürünler için daha uzun çalışma süresi anlamına gelir.
Yenilikçilik
(Fotoğraf kredisi: Andreas Battenberg / TUM)
Kısa süre önce, Almanya'daki Münih Teknik Üniversitesi'nden (TUM) Dr. Jennifer Ludwig, yüksek kalitede gelecek vaat eden pil katot malzemeleri üretmek için hızlı, basit ve düşük maliyetli bir süreç geliştirdi. Lityum Kobalt Fosfat . Kimyager, bu çalışmadaki başarılarından dolayı Evonik Araştırma Ödülü'nü kazandı.
teknoloji
(Fotoğraf kredisi: Andreas Battenberg / TUM)
Jennifer Ludwig, bir laboratuvar lambasının altında pembe parlayan cam bir kaseye bir toz koydu. Bu toz, gelecekte pil performansını büyük ölçüde artıracaktır. O açıkladı:
"Geleneksel katot malzemeleriyle karşılaştırıldığında, lityum kobalt fosfat çok daha fazla enerji depolar."
Jennifer Ludwig, yenilikçi malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu profesörü Tom Nilges'in grubunda çalışıyor. Hızla geliştirdiği süreç, bu pembe tozu en küçük enerji ve en yüksek kalitede üretiyor.
Pil araştırmacıları, bir süredir geleceğin malzemesi olarak lityum kobalt fosfatı kullandılar. Çalışma voltajı, geleneksel lityum demir fosfat malzemeden daha yüksektir ve bu da daha yüksek bir güç yoğunluğu elde edebilir (600 watt saatten az yerine kilogram başına 800 watt saat).
Bununla birlikte, yüksek voltajlı katot malzemelerinin önceki üretimi, zorlu bir ortamda (800 santigrat derece yüksek sıcaklık) çok karmaşık, enerji yoğun ve verimsiz işlemlerin kullanılmasını gerektiriyordu. Ludwig raporları:
"Bu koşullar altında oluşan kristallerin boyutları değişiklik gösterir ve enerji yoğun bir üretim adımı olan bir saniye içinde nanokristal toz halinde öğütülmelidir."
Ayrıca, elde edilen kristaller yalnızca bir yönde yeterli iyon iletkenliğine sahiptir. Yüzeyin çoğu için, pil elektrot malzemesi ile elektrolit arasındaki kimyasal reaksiyon çok yavaş ilerler.
Jennifer Ludwig tarafından geliştirilen mikrodalga sentez işlemi, yukarıdaki tüm sorunları bir kerede çözer: Yüksek kaliteli lityum kobalt fosfat elde etmek için yalnızca mikrodalga fırın ve 30 dakika gerekir . Reaktanlar ve çözücü bir Teflon kabına yerleştirilir ve sonra ısıtılır. Kristal oluşumunu uyaran 250 santigrat dereceye ulaşmak için sadece 600 watt yeterlidir.
(Fotoğraf kredisi: Andreas Battenberg / TUM)
Bu işlemle üretilen yassı pullar, 1 mikrondan daha küçük ölçülmüş bir çapa, yalnızca birkaç yüz nanometrelik bir kalınlığa ve yüzeye doğru yönlendirilmiş bir maksimum iletkenlik eksenine sahiptir. Ludwig şöyle açıkladı:
"Bu şekil daha iyi elektrokimyasal performansı garanti ediyor çünkü lityum iyonlarının kristal içinde sadece kısa bir mesafe hareket etmesi gerekiyor."
(Fotoğraf kredisi: Katia Rodewald / TUM)
Deney sırasında başka bir sorunu da çözdü: 200 santigrat dereceyi aşan sıcaklıklarda ve basınçlarda, henüz bilinmeyen karmaşık bir kobalt hidroksit hidrojen fosfat (kobalt hidroksit hidrojen fosfat) bileşiği ara sıra oluşur.
Jennifer Ludwig, reaksiyon mekanizmasını başarıyla aydınlattı, bileşiği izole etti ve yapısını ve özelliklerini belirledi. Yeni bileşik pil malzemesi olarak uygun olmadığından, yalnızca istenen lityum kobalt fosfatı üretmek için reaksiyonu değiştirdi.
değer
Profesör Nilges şunları söyledi:
"Bu yeni üretim süreci sayesinde, artık özelleştirilmiş özelliklere sahip yüksek performanslı, pul benzeri yüksek kaliteli lityum kobalt fosfat kristalleri üretebiliyor ve böylece yeni yüksek voltaj malzemelerine giden yoldaki diğer engelleri ortadan kaldırabiliyoruz."
Referans
[1] https://www.tum.de/en/about-tum/news/press-releases/detail/article/34233/
[2] Co11Li, Lityum Stabilize, Karışık Değerli Kobalt (II, III) Hidroksit Fosfat Çerçevesi, Jennifer Ludwig, Stephan Geprägs, Dennis Nordlund, Marca M. Doeff ve Tom Nilges;
Inorg.Chem., 2017, 56 (18), pp 1095010961 - DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.7b01152
3 Li-ion piller için yüksek voltajlı katot malzemesi olarak yüksek performanslı LiCoPO4'ün morfoloji kontrollü mikrodalga destekli solvotermal sentezi; Jennifer Ludwig, Cyril Marino, Dominik Haering, Christoph Stinner, Hubert A. Gasteiger, Tom Nilges. Journal of Power Sources, Cilt 342, 28 Şubat 2017, Sayfa 214-223
Daha ileri teknolojiler ve yenilikçi ürünler için lütfen WeChat herkese açık hesabını takip edin: IntelligentThings veya yazarın kişisel WeChat ile iletişime geçin: JohnZh1984
