Прорывы в области больших аккумуляторов связаны с многообещающей технологией

Новый метод гидротермального синтеза позволяет получить катодный материал, не содержащий кобальта, с более однородными, круглыми и плотно упакованными частицами (справа), чем это обычно бывает в современных катодах (слева), сохраняя большую стабильность на протяжении всего цикла зарядки аккумулятора. Иллюстрация предоставлена ​​Национальной лабораторией Ок-Ридж.

Этот высокоскоростной двигатель с магнитным приводом значительно сокращает использование редкоземельных материалов, таких как неодим. Фото любезно предоставлено Университетом Нового Южного Уэльса

На этом изображении показаны микроструктура и картирование элементов (кремний, кислород и сера) пористого серосодержащего промежуточного слоя после 500 циклов зарядки-разрядки в элементе литий-серной батареи. Иллюстрация предоставлена ​​Аргоннской национальной лабораторией.

Инженеры Окриджской национальной лаборатории (ORNL) разработали новый процесс производства более качественных и дешевых катодов для использования в литий-ионных батареях. Это дает возможность производить более доступные батареи с помощью более быстрого и менее расточительного процесса с использованием менее токсичных материалов.

Традиционная обработка представляет множество проблем. Одним из больших препятствий является зависимость от кобальта, редкого металла, добываемого и перерабатываемого за рубежом.

Баланс других металлов, распространенных в катодах, также может сделать производственный процесс более длительным и опасным. Например, высокая концентрация никеля привела к широкому использованию метода химического смешивания для производства катодов, который требует большого количества аммиака для коррозионных реакций. Использование этого токсичного химиката увеличивает затраты, усиливает проблемы со здоровьем и окружающей средой, а также приводит к трате большого количества воды для снижения кислотности.

Вместо постоянного перемешивания катодных материалов с химикатами в реакторе новый метод ORNL использует подход гидротермального синтеза. Он кристаллизует катод с использованием металлов, растворенных в этаноле. Этанол безопаснее хранить и обращаться с ним, чем аммиак, и впоследствии его можно перегнать и использовать повторно.

«Этот новый процесс дает ключевое преимущество, заключающееся в переходе катодной промышленности к более чистому и более конкурентоспособному производству, одновременно создавая меньшую нагрузку на окружающую среду», — говорит Илиас Белхаруак, доктор философии, главный исследователь проекта ORNL.

Гидротермальный метод синтеза также намного быстрее. Время, необходимое для изготовления частиц и подготовки следующей партии катода, снижается с нескольких дней до 12 часов.

«Кроме того, полученный материал имеет более однородные, круглые, плотно упакованные частицы, которые идеально подходят для катода», — объясняет Рашид Эссели, ведущий исследователь ORNL. «Поскольку его свойства аналогичны свойствам современных катодов на основе кобальта, новый материал может быть легко интегрирован в существующие процессы производства аккумуляторов. Этот катодный материал может дать больше энергии и снизить стоимость аккумуляторов для электромобилей».

Новый метод гидротермального синтеза позволяет получить катодный материал, не содержащий кобальта, с более однородными, круглыми и плотно упакованными частицами (справа), чем это обычно бывает в современных катодах (слева), сохраняя большую стабильность на протяжении всего цикла зарядки аккумулятора. Иллюстрация предоставлена ​​Национальной лабораторией Ок-Ридж.

Инженеры Университета Нового Южного Уэльса (UNSW Sydney) разработали двигатель с магнитным приводом, который значительно сокращает использование редкоземельных материалов, таких как неодим. Высокоскоростное устройство потенциально может увеличить запас хода электромобилей.

Конструкция прототипа внутреннего синхронного двигателя с постоянными магнитами (IPMSM), вдохновленная формой самого длинного железнодорожного моста в Южной Корее, достигла скорости 100 000 оборотов в минуту. Максимальная мощность и скорость, достигнутые двигателем, превзошли существующие рекорды скорости ламинированных IPMSM, что делает его самым быстрым в мире IPMSM, когда-либо созданным с использованием коммерческих ламинирующих материалов.

Двигатель способен производить очень высокую удельную мощность, что выгодно для электромобилей за счет снижения общего веса и увеличения запаса хода при любом заданном заряде.

В роторы IPMSM встроены магниты, которые создают сильный крутящий момент в расширенном диапазоне скоростей. Однако существующие конструкции страдают от низкой механической прочности из-за тонких железных перемычек в роторах, что ограничивает их максимальную скорость.