Патент на инновационную технологию производства высококачественного феррофосфата лития для литий-ионных аккумуляторов получили исследователи из Сколковского института науки и технологий (Сколтех), 24 февраля сообщает пресс-служба вуза. Новый способ, изобретенный учеными Сколтеха, позволяет производить материал для аккумуляторов электромобилей, электробусов, систем резервного электроснабжения и накопителей энергии из возобновляемых источников.
В разработанном ими производственном процессе сферические частицы, из которых далее синтезируют феррофосфат лития для катодов, получают микроволновой распылительной сушкой, а не традиционным воздействием горячего воздуха. Новый способ получения катодного материала обеспечивает ему увеличение срока службы и позволяет создавать литий-ионные аккумуляторы с более высокой энергоемкостью. При этом такой способ сушки экономит электроэнергию и время на производство катодов. Патент на изобретение «Способ получения активного катодного композитного агломерированного материала с равномерным углеродным покрытием для литий-ионных аккумуляторов» уже зарегистрирован Роспатентом. Литий-ионные аккумуляторы в настоящее время являются основными устройствами накопления энергии, в том числе для электротранспорта. В зависимости от материала катода они подразделяются на несколько типов. Именно от состава и структуры катодного материала в первую очередь зависят конечные характеристики аккумулятора — его энергоемкость, мощность, стоимость, безопасность и срок службы. Выбор материала катода зависит от области применения аккумулятора. Например, литий-никель-марганец-кобальт-оксидные катоды (NMC) обеспечивая высокую энергоемкость, делают в настоящее время аккумуляторы с ними фаворитами для использования в электромобилях с большим запасом хода. Один из авторов изобретения, младший научный сотрудник Центра энергетических технологий Сколтеха Эльвира Стюф рассказала о нем: «Мы совершенствуем технологию получения литий-железо-фосфатных катодных материалов (LFP) для литий-ионных аккумуляторов. Они дешевле, чем NMC, и служат дольше. Несмотря на более низкую плотность энергии, LFP применяется для аккумуляторов городских электромобилей, заточенных под поездки малой и средней дальности, а также для электробусов и вилочных погрузчиков». Соавтор патента, заслуженный профессор Центра энергетических технологий Сколтеха Артем Абакумов, солауреат премии «Вызов» добавил: «Кроме того, важен фактор безопасности, причем не только в электротранспорте. Аккумуляторы на основе литий-железо-фосфата более устойчивы к перегреву и меньше подвержены взрывам и возгораниям, даже при повреждении. Повышенная безопасность в сочетании с хорошими ёмкостными и мощностными характеристиками делают этот вид аккумулятора подходящим для нужд резервного питания при перебоях электроснабжения и накопления солнечной и ветряной энергии». При использовании способа изготовления LFP, который запатентовали ученые Сколтеха, материал получают в виде микрочастиц сферической формы, обеспечивающей их более плотную упаковку. Это позволяет создавать литий-ионные аккумуляторы, обладающие повышенной плотностью энергии, то есть такой аккумулятор запасет больше энергии в том же объеме. Синтез LFP ведется высокотемпературной обработкой прекурсора (материала-предшественника), представляющего собой оранжевый порошок, который обычно получают распылением водной суспензии реагентов в потоке горячего воздуха. При этом мелкие капли суспензии мгновенно высыхают, превращаясь в сферические частицы порошка. Эксперименты сколтеховцев показали, что если при сушке капель вместо горячего воздуха использовать микроволновое излучение, то все исходные вещества в каждой сферической частице распределятся более равномерно. В результате последующей термообработки такого прекурсора получается однородное углеродное токопроводящее покрытие, которое обволакивает частицы материала и обеспечивает высокую электрохимическую емкость и повышение стабильности работы катода. Кроме того, запатентованный способ производства катодного материала более быстрый, что позволяет экономить около четверти электроэнергии, которая обычно требуется для работы установки распылительной сушки горячим воздухом. «Этот эффект объясняется тем, что прогрев распыляемых капель осуществляется из их центра к периферии за счет прямого воздействия микроволн, а не наоборот, как в случае сушки горячим воздухом, — пояснила другой соавтор изобретения, старший научный сотрудник Центра энергетических технологий Сколтеха Александра Савина. — Быстрое удаление воды из капель суспензии с помощью микроволнового излучения позволяет добиться равномерного распределения всех компонентов по объему сферических — или почти сферических — конгломератов прекурсора». При этом в катодном материале создается более разветвленная проводящая углеродная сеть, тогда как при традиционном подходе в этой сети попадаются более крупные непроводящие участки. Это снижает электропроводность катода, которая критически важна для высокой энергоемкости аккумулятора и стабильности работы в течение долгого времени, уточнила достоинства нового метода Александра Савина. glavno.smi.today
Свежие комментарии