Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Georgia Tech telah mencipta bahan katod baharu yang mampu dimiliki untuk bateri litium-ion, yang berpotensi merevolusikan kenderaan elektrik dan penyelesaian storan tenaga.
Bahan katod bateri yang inovatif dan kos efektif, yang dibangunkan oleh pasukan penyelidikan pelbagai institusi yang diketuai oleh Hailong Chen dari Georgia Tech berjanji untuk meningkatkan prestasi dan kemampuan bateri litium-ion (LIB) dengan ketara. Kejayaan ini berpotensi untuk mengubah industri kenderaan elektrik (EV) dan memperkukuh penyelesaian penyimpanan tenaga berskala besar.
“Sejak sekian lama, orang ramai mencari alternatif kos yang lebih rendah, lebih mampan kepada bahan katod sedia ada. Saya rasa kita ada satu,” Chen, profesor bersekutu sains dan kejuruteraan bahan, dalam a Siaran akhbar.
Bahan katod baharu, besi klorida (FeCl3), jauh lebih murah daripada bahan katod tradisional, dengan kos hanya 1-2%, sementara masih memberikan kapasiti elektrik yang sama. Bahan katod adalah penting dalam menentukan kapasiti, ketumpatan tenaga dan kecekapan bateri, dengan ketara mempengaruhi prestasi keseluruhan, jangka hayat dan keberkesanan kosnya.
"Katod kami boleh menjadi pengubah permainan," tambah Chen. "Ia akan menambah baik pasaran EV - dan keseluruhan pasaran bateri lithium-ion."
Bateri litium-ion, pertama kali diperkenalkan oleh Sony pada awal 1990-an, merevolusikan elektronik peribadi dan kemudian menjana lonjakan dalam pembangunan kenderaan elektrik. Walau bagaimanapun, kos tinggi LIB semasa, didorong oleh logam mahal seperti kobalt dan nikel, menyumbang kira-kira separuh daripada perbelanjaan EV, mengehadkan pasaran untuk pengangkutan yang lebih bersih dan berkuasa elektrik.
Katod FeCl3 baharu, apabila digabungkan dengan elektrolit pepejal dan anod logam litium, boleh mengurangkan kos keseluruhan sistem bateri sebanyak 30-40%, menjadikan EV jauh lebih berpatutan. Bateri litium-ion keadaan pepejal, yang menggantikan elektrolit cecair mudah terbakar dengan alternatif pepejal yang lebih selamat, menawarkan kapasiti tenaga dan kebolehpercayaan yang lebih baik.
Memandangkan keserasian unik FeCl3 dengan elektrolit pepejal berasaskan klorida, penyelesaian pasukan Chen mewakili kemajuan besar dalam menjadikan bateri semua keadaan pepejal berdaya maju secara komersial. Penyelidikan pasukan, diterbitkan dalam jurnal Nature Sustainability, menggariskan prestasi menjanjikan katod baharu, yang mengatasi bahan tradisional seperti litium besi fosfat (LFP) dalam voltan operasi.
Perjalanan Chen dengan FeCl3 bermula sejak 2019, didorong oleh cabaran yang dihadapi apabila memasangkan katod berasaskan oksida tradisional dengan elektrolit pepejal. Penemuan kesesuaian FeCl3 untuk penyimpanan dan pengangkutan litium-ion menandakan zaman baharu dalam teknologi bateri.
"Kami mendapati calon (FeCl3) patut dicuba, kerana struktur kristalnya berpotensi sesuai untuk menyimpan dan mengangkut ion Li, dan mujurlah, ia berfungsi seperti yang kami jangkakan," tambah Chen.
Dalam ujian awal, katod FeCl3 menunjukkan prestasi yang setanding atau unggul kepada alternatif yang lebih mahal, menjanjikan masa depan yang lebih mampan dan kurang intensif sumber untuk LIB. Bahan ini hanya terdiri daripada besi dan klorin, unsur biasa dan jinak alam sekitar, tidak seperti logam berat toksik yang digunakan dalam katod konvensional.
Melihat ke hadapan, pasukan Chen, bekerjasama dengan penyelidik dari institusi seperti Oak Ridge National Laboratory dan University of Houston, terus memperhalusi dan memahami mekanisme asas FeCl3. Mereka menyasarkan untuk menyempurnakan teknologi dalam makmal sambil meneroka laluan untuk meningkatkan skala dan pelaksanaan komersial.
"Ini bukan sahaja boleh menjadikan EV jauh lebih murah daripada kereta pembakaran dalaman, tetapi ia menyediakan bentuk simpanan tenaga berskala besar yang baharu dan menjanjikan, meningkatkan daya tahan grid elektrik," tambah Chen.
Dengan daya maju komersil di ufuk, mungkin dalam tempoh lima tahun akan datang, inovasi katod FeCl3 Chen menandakan era transformatif untuk kenderaan elektrik dan sistem storan tenaga, memupuk masa depan yang mampan dari segi alam sekitar dan boleh dilaksanakan dari segi ekonomi.