En forskargrupp, som använder billiga element, har visat möjligheten att syntetisera elektrodmaterial för litiumjonbatterier (LIB). Om den utforskas ytterligare kan denna metod minska industriellt beroende av sällsynta metaller som kobolt och nickel.

Detaljer om deras resultat publicerades i ACS Applied Energy Materials den 11 april 2022.

Sällsynta metaller används ofta eftersom de bildar en lämplig kristallstruktur för LIBs nyckelkomponent - katodmaterial. I dessa material extraheras/läggs litium enkelt och reversibelt in.

Forskare har länge sökt sätt att införliva andra billiga element i kristallstrukturen. Ändå, precis som bara en viss mängd salt löser sig i vatten, är lösligheten av andra grundämnen begränsad.

Forskargruppen, ledd av professor Tetsu Ichitsubo från Tohoku Universitys Institute for Materials Research (IMR), använde en annan strategi. Genom att utnyttja energivinsten från "konfigurationsentropi" – ett materials tillstånd av slumpmässighet – utökade de de ingående elementens löslighet och syntetiserade nya sammansättningselektrodmaterial:LiCr_1/4 Mn_1/4 Co_1/4 Ni_1/4 O₂ och LiCr_1/5 Mn_1/5 Fe_1/5 Co_1/5 Ni_1/5 O₂ . Detta minskade användningen av kobolt och nickel avsevärt.

"Vårt tillvägagångssätt låser upp potentialen hos andra oanvända element och kommer att göra det möjligt för oss att optimera flera elektrodegenskaper samtidigt tack vare flexibla materialdesigner", säger Ichitsubo.

Materialen som syntetiseras med den nya metoden kan också förbättra säkerheten för LIB. Tomoya Kawaguchi, biträdande professor vid IMR och motsvarande författare till artikeln säger, "Ökande konfigurationsentropi ökar också teoretiskt stabiliseringen av elektrodmaterialet, vilket bidrar till säkerheten för hela batteriet."

Ichitsubo och hans grupp klargjorde också nedbrytningsmekanismerna som påverkar battericykeln med dessa nya material. Detta kommer att fungera som en riktlinje för att utveckla nya högpresterande material med hjälp av högentropistrategin.

Även om cyklerbarheten och kapaciteten inte matchade konventionella LIBs för närvarande, öppnar förmågan att syntetisera nya elektrodmaterial upp ytterligare vägar för forskning om LIBs. + Utforska vidare

Modifiering och nedbrytning av Ni-rika katodbaserade Li-ion-batterier