Jelentősen növelheti az elektromos járművek akkumulátorának élettartamát, biztonságát és energiasűrűségét az az új generációs, egykristályos katódanyag, amelyet az SK On, a világ egyik vezető akkumulátorgyártója a Szöuli Nemzeti Egyetemmel közösen fejlesztett ki.
A világ egyik vezető akkumulátorgyártója, az SK On bejelentette, hogy a Szöuli Nemzeti Egyetem (SNU) Kisuk Kang professzor vezette kutatócsoportjával együttműködve sikeresen előállított egy nagyméretű részecskékből álló, nagysűrűségű egykristályos katódanyagot. A kutatási eredmény a világ egyik legrangosabb tudományos folyóiratában, a Nature Energy-ben jelent meg.
„Ez az eredmény egyértelműen bizonyítja az SK On technológiai versenyképességét az akkumulátoranyagok területén. Folytatjuk az innovatív K+F tevékenységet az akadémiai partnerekkel együttműködve, és tovább erősítjük technológiai vezető szerepünket” – nyilatkozta Park Kisoo, az SK On Future Technology Institute igazgatója.
A polikristályos katódok gyenge pontjai
Az iparágban ma széles körben alkalmazott polikristályos katódanyag szerkezete több összetapadt részecskéből áll. A töltési-merítési ciklusok, illetve a gyártási folyamatok során ezekben a részecskékben repedések keletkezhetnek, amelyek belső gázképződéshez és az akkumulátor teljesítményének romlásához vezetnek.
Az egykristályos katódanyag ezzel szemben egységes kristályszerkezetű részecskékből épül fel, így lényegesen ellenállóbb a mechanikai igénybevétellel szemben, és hosszabb élettartamot, valamint nagyobb stabilitást biztosít.
Új, stabilabb katódanyag
Az egykristályos anyagok előállítása eddig komoly kihívást jelentett az iparágnak: a nagy és egységes méretű részecskék növesztése, miközben a szerkezeti stabilitást is fenn kell tartani, rendkívül nehéznek bizonyult. A magas nikkeltartalmú katódanyagoknál szükséges, hosszú ideig tartó, magas hőmérsékletű hőkezelés ráadásul ún. kationrendezetlenséget okozhat, ami az akkumulátor teljesítményét és ciklus-élettartamát negatívan befolyásolja.
Az SK On és az SNU kutatócsoportja egy teljesen új szintézisútvonalat dolgozott ki a probléma megoldására. Az eljárás lényege, hogy először nátrium alapú egykristályt hoznak létre – amelynek szerkezeti stabilitása kiváló és könnyebben növelhető –, majd ioncsere útján a nátriumot lítiumra cserélik. Ezzel megőrizhető az egykristályos szerkezet szilárdsága, miközben megfelelő katódanyag nyerhető ki a folyamat végén.
Következő lépések
A kutatócsoportnak sikerült körülbelül 10 mikrométer méretű részecskékből álló, ultramagas nikkeltartalmú egykristályos katódanyagot előállítani, ez nagyjából kétszerese a hagyományos katódanyag részecskéinek. Az új katódanyagban nem lép fel kationrendezetlenség, emellett kiváló mechanikai és kémiai stabilitást is mutat.
A tesztek szerint a gázképződés mértéke az új anyagnál mindössze egytizenötöde a hagyományos polikristályos katódanyagénak. Az energiasűrűség eléri az elméleti kristálysűrűség 77 százalékát.
Az SK On és az SNU kutatócsoportja folytatja a következő generációs katódanyagokra irányuló kutatásait. A tervek között szerepel fejlettebb anyagösszetételek és szintézismódszerek vizsgálata, illetve a különböző méretű egykristályos részecskék optimális arányban történő kombinálásával az energiasűrűség további növelése.
Forrás: SK On
Borítókép: SK On Hungary
