Переход от автомобилей, работающих на бензине, к электромобилям — это один из способов сократить выбросы углекислого газа, но создание литий-ионных батарей, которые питают эти электромобили, само по себе может быть энергоемким и загрязняющим процессом. Теперь исследователи из Университета Далхаузи разработали более дешевый и экологичный производственный процесс.
«Для изготовления литий-ионного катодного материала требуется много энергии и воды, а также образуются отходы. Это оказывает наибольшее воздействие на окружающую среду, особенно на выбросы CO 2 от батареи», — говорит доктор Марк Обровац, профессор кафедры Университета Далхаузи. химии, физики и атмосферных наук.
«Мы хотели посмотреть, есть ли более экологически чистые, устойчивые и менее дорогие способы изготовления этих материалов».
В большинстве аккумуляторов электромобилей используется оксид лития, никеля, марганца, кобальта (NMC), элементы которого смешаны в кристаллической структуре катода. Обычно их изготавливают путем растворения элементов в воде с последующим использованием кристаллов, которые образуются, когда элементы объединяются в твердое тело.
Этот процесс требует много воды (которую затем необходимо очистить для ее очистки) и энергии, которая является основным источником стоимости и углеродного следа батарей. Используя канадский источник света (CLS) в Университете Саскачевана, Обровац и его команда исследовали, можно ли использовать полностью сухой процесс, чтобы получить те же результаты, экономя при этом энергию, воду и деньги.
Их работа была опубликована в двух статьях: в ACS Omega и Journal of the Electrochemical Society.
«Мы хотели посмотреть, сможете ли вы получить такое же качество, если возьмете сухие материалы и объедините их, используя простые процессы, которые можно найти на любом крупном заводе, и нагреете их», — говорит он. «И при каких условиях вы можете это сделать, чтобы получить материал коммерческого качества, исключив при этом воду и отходы?»
Катоды, изготовленные из сухих материалов, иногда не такие однородные, как катоды, изготовленные из воды, поэтому команда испробовала различные методы, используя разные оксиды и режимы нагрева при разных температурах и давлениях, чтобы определить, что работает лучше всего.
Они использовали луч Брокгауза в CLS, чтобы заглянуть внутрь печи во время проведения различных экспериментов, чтобы точно увидеть, что происходит во время процесса. «Мы обнаружили важную информацию о том, как мы можем улучшить процесс, чтобы на выходе получался катодный материал NMC-типа более высокого качества», — говорит Обровац.
Катоды высочайшего качества, доступные сейчас, изготавливаются из монокристаллов с частицами диаметром около 5 микрон. Тщательно подбирая исходные материалы и условия печи, команда Оброваца смогла воспроизвести эти качества, используя полностью сухой процесс, сделав катодные материалы сопоставимыми с лучшими материалами, представленными сегодня на рынке.
Обровац стал партнером компании NOVONIX, производящей аккумуляторы из Новой Шотландии, которая использует полностью сухие процессы для производства катодных материалов на пилотном предприятии компании в Дартмуте. Это предприятие способно производить 10 тонн катодного материала в год с помощью методов, которые, по оценкам, обеспечивают на 30 % меньшие капитальные затраты, чем традиционные (мокрые) методы, на 50 % меньшие эксплуатационные расходы и используют на 25 % меньше энергии, не требуя при этом никаких технологических процессов. воды и производить нулевые отходы.
«Это большие цифры, это значительный шаг вперед в производстве аккумуляторных материалов», — говорит Обровац. «Это должно привести к созданию более дешевых батарей в целом и значительно меньшему воздействию на глобальное потепление».
