Akumulatory litowo-jonowe pochłaniają ponad pięćdziesiąt procent światowej produkcji kobaltu. Ogniwa te są szeroko stosowane – w laptopach, smartfonach czy nawet autach elektrycznych. Około połowy wykorzystywanego kobaltu pochodzi z Kongo, gdzie wydobywany jest przez pracowników w różnych, często bardzo ciężkich, warunkach.

Badaczom z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley udało się opracować sposób, w jaki można podmienić kobalt w ogniwie litowo-jonowym na inne metale bez pogorszenia parametrów elementu czy nawet zwiększając o maksymalnie pięćdziesiąt procent pojemność akumulatora. „Stworzyliśmy zupełnie nową przestrzeń w chemii akumulatorów” – powiedział prof. Gerbrand Ceder z Berkeley. „Po raz pierwszy możemy stosować naprawdę tanie pierwiastki w ogniwach” – dodał.

Badania, których wyniki opublikowano właśnie w „Nature”, są dziełem naukowców z Berkeley Lab, Argonne National Lab, MIT oraz UC Santa Cruz.

Kobalt wykorzystywany jest w ogniwach litowo-jonowych do utrzymywania warstwowej konstrukcji katody – w czasie ładowania ogniwa jony litu transferowane są z katody do anody. Większość metali utraciłaby strukturę na skutek utraty atomów, jednakże domieszka kobaltu w elektrodzie powoduje, że system pozostaje stabilny.

W 2014 roku naukowcy z grupy prof. Cedera odkryli, że można zachować wysoką gęstość energii ogniwa bez warstwowej konstrukcji katody. Badania wykazały, że kobalt można zastąpić manganem, co jest o tyle istotne, że pierwiastek ten jest dużo tańszy i bardziej dostępny. „Aby poradzić sobie z zależnością od kobaltu trzeba zmienić strukturę katody” – powiedział naukowiec.

W wyniku badań naukowcom udało się stworzyć ogniwa z manganem o zwiększonej pojemności. Wszystko dzięki specjalnemu procesowi domieszkowania elektrody. Klasyczne katody ogniw litowo-jonowych charakteryzują się wydajnością na poziomie 500–700 kWh/kg. Stworzone przez zespół z Berkeley elektrody zbliżają się do 1000 kWh/kg.

„W świecie ogniw to ogromny krok naprzód” – powiedział Jinhyuk Lee, naukowiec pracujący w grupie Cedera. Obecnie technologia ta musi zostać przeskalowana do zastosowania przemysłowego, ale badacze wierzą, że nie będzie to problemem i nowe ogniwa niebawem pojawią się w naszych laptopach czy pojazdach elektrycznych.

źródło: techexplore

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.