Kini Lithium Manganese Oxide?

Lithium Manganese Oxide (LMO) jẹ ohun elo cathode ti a lo ninu awọn batiri lithium{0}}, pẹlu agbekalẹ kemikali LiMn₂O₄. O ṣe ẹya apẹrẹ - onisẹpo onisẹpo mẹta ti o mu lithium ṣiṣẹ daradara{3}} lilọ kiri lakoko gbigba agbara batiri ati awọn iyipo gbigba agbara.

Iwa asọye ti LMO wa ninu igbekalẹ kirisita spinel rẹ, ti a pin si labẹ ẹgbẹ aaye Fd3m. Eto lattice onigun yii gbe awọn ọta atẹgun si awọn aaye kan pato lakoko ti manganese ati awọn ions lithium gba octahedral ati awọn aaye tetrahedral ni atele. Ilana onisẹpo mẹta naa - ṣẹda awọn ipa ọna asopọ fun awọn ions lithium lati gbe larọwọto, eyiti o tumọ taara si iṣẹ ṣiṣe batiri.

Apẹrẹ ayaworan yii yanju iṣoro kan ti o kọlu awọn ohun elo cathode onisẹpo meji-. Dipo ki o fi ipa mu awọn ions lati rin irin-ajo pẹlu awọn ipa-ọna ero ti o ni opin, eto ọpa ẹhin nfunni ni ọpọlọpọ awọn ipa ọna ni awọn iwọn mẹta. Abajade jẹ gbigbe ion yiyara, idinku resistance inu, ati agbara mimu lọwọlọwọ to dara julọ. Àwọn ìwádìí fi hàn pé ìgbékalẹ̀ yìí ń tọ́jú ìdúróṣinṣin rẹ̀ àní lákòókò ìṣàfilọ́lẹ̀ yíyára -, tí ń jẹ́ kí LMO bọ́gbọ́n mu ní pàtàkì fún àwọn ìṣàfilọ́lẹ̀ tí ó nílò kíákíá agbára.

Akoonu manganese ni LMO wa ni ipo valence kan ti o dapọ, pẹlu awọn iwọn dogba ti Mn³⁺ ati Mn⁴⁺ ions ti n gbe awọn aaye octahedral. Ipo ifoyina adalu yii ṣe ipa pataki ninu awọn aati elekitiroki ti o waye lakoko iṣẹ batiri, gbigba fun ifibọ litiumu iyipada ati isediwon.

Lakoko ilana itusilẹ, awọn ions lithium jade lati anode nipasẹ elekitiroti kan si cathode LMO, nibiti wọn ti gba awọn aaye tetrahedral laarin ilana oxide manganese. Awọn elekitironi n ṣàn nipasẹ Circuit ita, ti o npese lọwọlọwọ itanna. Nigbati o ba ngba agbara lọwọ, ilana yii yoo yi pada{2} ions lithium jade lati inu cathode ki o pada si anode.

Awọn abuda foliteji ṣe iyatọ LMO lati awọn kemistri cathode miiran. Awọn batiri LMO ni igbagbogbo ṣiṣẹ ni foliteji ipin ti isunmọ 4.0V, diẹ ti o ga ju awọn ọna ṣiṣe litiumu kobalt oxide (LCO). Foliteji giga yii ṣe alabapin si imudara iṣelọpọ agbara fun iwọn ẹyọkan, botilẹjẹpe iwuwo agbara gbogbogbo wa ni iwọntunwọnsi ni akawe si awọn ohun elo cathode ọlọrọ nickel-.

Ilana ibaraenisepo ni LMO waye nipasẹ ilana kan nibiti awọn ions lithium ṣe fi sii pada ti o si yọ jade lati inu eto ọpa ẹhin lai ṣe idalọwọduro pataki manganese{0} ilana atẹgun. Iduroṣinṣin igbekalẹ yii lakoko gigun kẹkẹ jẹ anfani ati aropin kan, eyiti a yoo ṣawari ni apakan awọn italaya.

Awọn batiri LMO tayọ ni awọn ohun elo nbeere iṣelọpọ agbara giga lori awọn akoko kukuru. Awọn irinṣẹ agbara ṣe aṣoju apakan ọja pataki kan, nibiti awọn aṣelọpọ ṣe iye agbara LMO lati fi lọwọlọwọ lọwọlọwọ fun liluho, gige, ati awọn iṣẹ mimu. Agbara itusilẹ iyara ni ibamu pẹlu igba diẹ, agbara giga{2} ti lilo ohun elo.

Ẹka ọkọ ayọkẹlẹ n gba LMO ni arabara ati awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina, botilẹjẹpe nigbagbogbo ni apapo pẹlu awọn ohun elo cathode miiran. Ewe Nissan ati Chevy Volt, fun apẹẹrẹ, ti lo LMO{1}NMC (Nickel Manganese Cobalt) ti o dapọ mọ cathodes. Ọna arabara yii n mu agbara agbara giga LMO fun isare lakoko ti o gbẹkẹle NMC fun ibiti o da duro. Awọn data aipẹ tọkasi isunmọ 30% akoonu LMO ni iru awọn ọna ṣiṣe idapọmọra pese iwọntunwọnsi iṣẹ ṣiṣe to dara julọ.

Awọn ẹrọ iṣoogun ni anfani lati profaili aabo LMO ati awọn abuda agbara. Awọn ohun elo iṣẹ abẹ, awọn defibrillators to ṣee gbe, ati awọn ifasoke idapo ṣafikun awọn batiri LMO nitori iduroṣinṣin igbona dinku eewu ina ni awọn agbegbe itọju to ṣe pataki. Iwadii 2024 ti aabo batiri iṣoogun rii odo ti o gbasilẹ awọn iṣẹlẹ ina pẹlu awọn batiri LMO ni awọn eto ile-iwosan, ni akawe si awọn iṣẹlẹ ti o ya sọtọ pẹlu awọn kemistri lithium{3}} miiran.

Awọn kẹkẹ ina mọnamọna ati awọn ẹlẹsẹ n pọ si ni imọ-ẹrọ LMO, pataki ni awọn ọja Asia. Apapọ iye owo - imunadoko ati ifijiṣẹ agbara to peye ni ibamu pẹlu awọn ilana lilo deede ti awọn ọkọ ayọkẹlẹ wọnyi{2}} irin-ajo kukuru pẹlu awọn ibeere agbara giga lẹẹkọọkan{3}} fun gigun oke tabi isare.

Awọn ọna ipamọ agbara fun isọdọtun isọdọtun tun lo LMO, botilẹjẹpe ohun elo yii dojukọ idije lati litiumu iron fosifeti (LFP). Ise agbese oko ti oorun ni Sweden ni ọdun 2025 ti ran 50 MWh ti iṣuu soda-awọn batiri oxide manganese (imọ-ẹrọ iyatọ), ti n ṣe afihan isọdọtun ti nlọ lọwọ ni manganese{4} ibi ipamọ agbara orisun.

Lithium Manganese Oxide

Ọpọlọpọ manganese jẹ ki LMO wuni ni ọrọ-aje. Manganese wa ni ipo bi ipin 12th julọ lọpọlọpọ ni erunrun Earth, pupọ lọpọlọpọ ju koluboti tabi nickel lọ. Wiwa yii tumọ si idiyele iduroṣinṣin ati idinku ailagbara pq ipese. Data oja lọwọlọwọ fihan iye owo awọn ohun elo LMO to 20% din ju nickel-cobalt-manganese (NCM) awọn omiiran nigba ṣiṣe iṣiro fun awọn inawo ohun elo.

Awọn akiyesi ayika ṣe ojurere LMO ju kobalt{0}} kemistri lekoko. Iyọkuro Manganese, lakoko ti kii ṣe laisi ipa ayika, yago fun ọpọlọpọ awọn ifiyesi ihuwasi ti o ni nkan ṣe pẹlu iwakusa cobalt ni awọn agbegbe kan. Awọn ohun elo ti kii ṣe {{3} iseda majele n jẹ ki o rọrun mimu mu lakoko iṣelọpọ ati awọn ilana atunlo. Awọn ohun elo atunlo batiri le ṣe ilana LMO pẹlu awọn imọ-ẹrọ irin ti iṣeto, mimu manganese pada fun ilotunlo ninu awọn batiri titun tabi awọn ohun elo ile-iṣẹ miiran.

Iduroṣinṣin igbona duro fun anfani ailewu pataki kan. Awọn cathodes LMO koju ijakadi igbona gbigbe-ipo ikuna idalẹnu nibiti iwọn otutu batiri n pọ si ni iyara, ti o le fa ina tabi bugbamu. Idanwo ni ibamu si awọn iṣedede UL ṣe afihan LMO ṣe afihan 58% eewu salọ igbona kekere ni akawe si awọn atunto lithium boṣewa{4}}. Iduroṣinṣin ti ara ti ọpa ẹhin tumọ si pe LMO ṣe itọju iṣẹ ni awọn iwọn otutu ti o ga, ti n ṣiṣẹ lailewu titi di iwọn 60 (iwọn 140 F) laisi ibajẹ pataki.

Agbara gbigba agbara yara jẹ lati awọn ipa ọna ion onisẹpo mẹta. Awọn batiri LMO le gba idiyele ni awọn oṣuwọn ti o kọja 1C (idiyele ni kikun ni wakati kan) laisi ibajẹ iṣẹ ṣiṣe pataki. Eyi ṣe iyatọ pẹlu diẹ ninu awọn ohun elo cathode ti o jiya pipadanu agbara labẹ awọn ipo gbigba agbara iyara.

Agbara piparẹ lakoko gigun kẹkẹ gigun ṣafihan ipenija pataki julọ LMO. Awọn batiri LMO maa nfi 300-700 awọn akoko gbigba agbara silẹ ṣaaju ki agbara to lọ silẹ si 80% ti atilẹba-nibikita diẹ sii ju awọn iyipo 1,500-3,000 ti o ṣaṣeyọri nipasẹ awọn batiri LFP. Idiwọn yii jẹyọ lati itusilẹ manganese sinu elekitiroti, lasan kan ti o yara ni awọn iwọn otutu ti o ga.

Ilana itusilẹ jẹ pẹlu Mn²⁺ ions ti o yapa kuro ninu ilana cathode, ni pataki niwaju hydrofluoric acid (HF) ti o dagba lati jijẹ elekitiroti. Awọn ions manganese ti o tituka wọnyi lọ si anode, nibiti wọn ti fi silẹ ati dabaru pẹlu Layer electrolyte interphase (SEI) ti o lagbara. Lori akoko, ilana yi degrades mejeeji amọna, atehinwa ìwò agbara batiri ati iṣẹ.

Awọn idiwọn iwuwo agbara ni ihamọ ifigagbaga LMO ni awọn ohun elo to nilo agbara ibi ipamọ to pọ julọ. Awọn batiri LMO ṣaṣeyọri isunmọ 100-150 Wh/kg, ni akawe si 150-250 Wh/kg fun NMC ati 250-300 Wh/kg fun awọn cathodes nickel giga. Fun awọn ọkọ ina mọnamọna ti o ṣaju iwọn wiwakọ gigun, aafo iwuwo agbara yii tumọ taara sinu maileji ti o dinku fun idiyele tabi iwuwo batiri ti o pọ si lati ṣaṣeyọri iwọn deede.

Ipa Jahn -Olusọ n ṣe ipenija igbekalẹ miiran. Nigbati o ba gba silẹ ni isalẹ isunmọ 3V, awọn ions Mn³⁺ farada ipalọlọ jiometirika kan ti o yi ọna ẹhin onigun pada si ami isamisi tetragonal. Iyipada alakoso yii nfa awọn iyipada iwọn anisotropic - kristali gbooro sii ni awọn itọsọna kan ju awọn miiran lọ. Gigun kẹkẹ leralera nipasẹ iyipada yii n ṣe agbejade aapọn ẹrọ, idasi si ipare agbara ati ibajẹ igbekalẹ igbekalẹ.

Awọn oniwadi ti lepa ọpọlọpọ awọn ilana idinku. Awọn ohun elo ti o wa ni oju ti o nlo awọn ohun elo bi aluminiomu oxide (Al₂O₃), titanium dioxide (TiO₂), tabi awọn fẹlẹfẹlẹ erogba ti o ṣe le ṣe idiwọ itusilẹ manganese nipa ṣiṣẹda idena aabo. Iwadi ọdun 2024 ṣe afihan pe ifisilẹ Layer atomiki ti awọn aṣọ ibora Al₂O₃ gbooro igbesi aye igbesi aye lati 500 si 1,200 nipasẹ idilọwọ olubasọrọ elekitiroti taara pẹlu oju cathode.

Awọn ilana imudọgba jẹ pẹlu rirọpo awọn oye kekere ti awọn eroja ajeji sinu eto ọpa ẹhin. Iṣakopọ awọn eroja bii aluminiomu, nickel, tabi chromium le ṣe imuduro ọna ti kristali ati dinku ipa Jahn{1}}. Iwadi ti a gbejade ni ọdun 2024 fihan pe iyipada meji pẹlu aluminiomu ati fluorine ni LiMn₂₋ₓAlₓO₄₋

Ni ikọja ipilẹ LiMn₂O₄ spinel, ọpọlọpọ awọn iyatọ ti farahan lati koju awọn ibeere iṣẹ ṣiṣe kan pato. Awọn ohun elo oxide manganese ọlọrọ (LRMO) Lithium{1}, pẹlu agbekalẹ gbogbogbo Li₁₊ₓMn₂₋ₓO₄ tabi Li₂MnO₃ agbo, pese agbara ti o pọ si ju 250 mAh/g. Awọn ohun elo wọnyi gba akiyesi ni awọn ọdun aipẹ bi awọn oniwadi n ṣiṣẹ lati bori awọn italaya atorunwa wọn pẹlu ipare foliteji ati ailagbara akọkọ.

Awọn iyatọ ọpa ẹhin foliteji {{0} giga bii LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄ (LNMO) nṣiṣẹ ni isunmọ 4.7V, nfi iwuwo agbara giga julọ ni ayika 200 Wh/kg. Toyota kede awọn ero ni ọdun 2024 lati tusilẹ ọkọ ayọkẹlẹ eletiriki kan ti o nlo awọn cathodes LNMO nipasẹ ọdun 2026, ni ibi-afẹde kan 400 km. Ipenija pẹlu LNMO wa ni iduroṣinṣin elekitiroti ni awọn foliteji ti o ga, eyiti o dinku ati ṣe agbejade gaasi lakoko gigun kẹkẹ. Electrolyte fluorinated ti o dagbasoke nipasẹ awọn oniwadi ni ọdun 2023 dinku iṣelọpọ gaasi nipasẹ 90%, ti n ba aropin yii sọrọ.

Awọn ile-iṣọ cathode akojọpọ parapo LMO pẹlu awọn ohun elo miiran lati mu iṣẹ ṣiṣe dara si. Batiri CATL's M3P ṣopọpọ manganese{2}} awọn akojọpọ ọlọrọ pẹlu kemistri orisun fosifeti{3}, ṣiṣe iyọrisi 15% iye owo kekere ju awọn batiri NMC boṣewa lakoko ti o n ṣetọju iṣẹ ṣiṣe ifigagbaga. Awọn ọna ti o dapọ wọnyi jẹ aṣoju aṣa ile-iṣẹ kan si awọn akojọpọ cathode ti a ṣe adani ti a ṣe fun awọn ohun elo kan dipo ki o jẹ awọn solusan kemistri nikan-.

Awọn ẹya ohun elo afẹfẹ manganese Layered, lakoko ti o kere ju ti awọn ọpa ẹhin, nfunni ni awọn abuda iṣẹ ṣiṣe oriṣiriṣi. Iwadii 2024 kan lori Li-birnessite, oxide lithium manganese ti o fẹlẹfẹlẹ pẹlu rudurudu igbekalẹ ti iṣakoso, ṣe afihan gigun kẹkẹ yiyipo ti o sunmọ agbara imọ-jinlẹ nipa titẹkuro awọn iyipada ipele ti aifẹ. Itọsọna iwadii yii ni imọran pe imọ-ẹrọ igbekale iṣọra ni iwọn atomiki le bori awọn idiwọn LMO ibile.

Iṣẹjade LMO ti iṣowo nigbagbogbo n gba iṣẹ iṣelọpọ ti ipinlẹ to lagbara, nibiti lithium carbonate (Li₂CO₃) tabi lithium hydroxide (LiOH) ti ṣe pẹlu awọn iṣaju manganese oxide ni awọn iwọn otutu ti o ga (ìyí 700-900). Ilana iṣiro ṣe agbekalẹ eto ọpa ẹhin, pẹlu iwọn patiku ati imọ-ara ti a ṣakoso nipasẹ iwọn otutu, akoko, ati yiyan iṣaaju.

Awọn ilọsiwaju ninu iṣelọpọ ifọkansi lati dinku awọn idiyele ati ilọsiwaju awọn ohun-ini ohun elo. Iwadi 2024 kan ṣe agbekalẹ ipa ọna iṣelọpọ pipe ti o bẹrẹ lati irin manganese kuku ju epo oloro manganese elekitirolytic (EMD). Taara yii - lati -ona ore, ni lilo mimu acid ti o tẹle pẹlu jijẹ igbona ati idasi ipo to lagbara, ṣaṣeyọri ṣiṣe isediwon manganese 96.1% lakoko ti o n ṣe LMO pẹlu iṣẹ ṣiṣe elekitirokemika ti o jọra si awọn ohun elo ti aṣa.

Solusan{0}}awọn ọna idawọle bi hydrothermal tabi sol{1}} awọn ilana jeli funni ni iṣakoso to dara julọ lori iwọn patikulu ati ẹda ara. Awọn isunmọ wọnyi le gbe awọn patikulu LMO nanoscale pẹlu agbegbe ti o pọ si, ti o le ni ilọsiwaju iṣẹ ṣiṣe oṣuwọn. Sibẹsibẹ, awọn ọna ojutu ni gbogbogbo jẹ idiyele diẹ sii ati iwọn diẹ ni irọrun ju - idawọle ipinlẹ fun iṣelọpọ iṣowo.

Awọn imuposi iyipada oju ti a lo lakoko tabi lẹhin iṣelọpọ le mu iṣẹ LMO pọ si. Awọn ilana ibora nipa lilo isọdi ikemika oru, ifisilẹ Layer atomu, tabi awọn ọna kemikali tutu lo awọn ipele aabo ti o dinku itu manganese. Isanra ti a bo, ni deede 5-20 nanometers, gbọdọ dọgbadọgba aabo lodi si idena irinna ion -awọn ideri ti o nipọn funni ni aabo to dara julọ ṣugbọn gbigbe lithium-ion lọra.

Ọja cathode LMO agbaye ti de $2.31 bilionu ni ọdun 2024, pẹlu awọn asọtẹlẹ ti n tọka si idagbasoke si $4.29 bilionu nipasẹ ọdun 2033 ni iwọn idagba ọdun lododun ti 7.1%. Imugboroosi yii ṣe afihan ibeere batiri litiumu ti o pọ si lapapọ ati awọn anfani pataki LMO ni awọn ohun elo kan.

Awọn agbara agbegbe fihan Asia Pacific ti o jẹ gaba lori pẹlu isunmọ 54% ipin ọja ($ 1.25 bilionu ni ọdun 2024). China, Japan, ati South Korea gbalejo awọn olupese batiri pataki ati wakọ iṣelọpọ mejeeji ati ibeere. Awọn iwuri ijọba fun awọn ọkọ ina mọnamọna ati ibi ipamọ agbara isọdọtun ni awọn orilẹ-ede wọnyi ni anfani taara gbigba LMO. Ariwa Amẹrika ati Yuroopu papọ jẹ iroyin fun aijọju 45% ti ọja naa, pẹlu idagba ti a ṣe nipasẹ ina-ọkọ ayọkẹlẹ ati awọn iṣẹ ibi ipamọ agbara.

Idije lati yiyan cathode kemistri apẹrẹ LMO ká oja ipo. Fosifeti irin litiumu ti ni ilẹ pataki, ni pataki ni Ilu China, nitori igbesi aye ọmọ ti o ga julọ ati awọn abuda ailewu. Aafo idiyele laarin LMO ati LFP ti dín bi iṣelọpọ LFP ti pọ si. Sibẹsibẹ, LMO n ṣetọju awọn anfani ni agbara kan pato ati foliteji, titoju onakan rẹ ni awọn ohun elo agbara giga{{3}.

Awọn idagbasoke eto imulo ni ipa gbigba LMO. Ilana Batiri 2027 ti European Union fa awọn ibeere imuduro ati awọn aṣẹ wiwa ohun elo. Awọn ilana wọnyi le ṣe ojurere awọn kemistri ti o da lori manganese{3} lori koluboti{4}} awọn ọna yiyan aladanla nitori awọn ifiyesi ayika ati awọn ifiyesi ihuwasi. Diẹ ninu awọn igbero pẹlu awọn afikun lori akoonu koluboti, eyiti o le jẹ ki LMO 20% din owo ju NMC ni awọn ọja kan ti o ba ṣe imuse.

Ipese igbeowosile ṣe afihan iwulo tẹsiwaju ninu manganese{0}} awọn batiri orisun. Ẹka Agbara AMẸRIKA ti pin $2 bilionu fun manganese- iwadi ti o da lori batiri ati idagbasoke lati ọdun 2024-2027, ni idojukọ lori imudara iwuwo agbara ati igbesi aye iyipo lakoko mimu awọn anfani iye owo duro. Ifihan agbara idoko-owo yii ni imọran idanimọ ijọba ti ipa manganese ni isodipupo awọn ẹwọn ipese batiri kuro ni awọn ohun alumọni to ṣe pataki bi koluboti.

Iṣepọ - batiri ipinlẹ duro fun aṣeyọri ti o pọju fun imọ-ẹrọ LMO. Awọn elekitiroli ti o lagbara ṣe imukuro elekitiroli olomi ti o ṣe irọrun itusilẹ manganese, ti o le yanju ẹrọ ibajẹ akọkọ ti LMO. Awọn data QuantumScape's 2024 lori LMO ti a so pọ pẹlu awọn elekitiroti seramiki ṣaṣeyọri awọn iyipo 500 ni oṣuwọn 1C, botilẹjẹpe resistance interfacial si wa ni igba mẹta ti o ga ju awọn sẹẹli elekitiroti olomi lọ. Toyota's firma-afọwọṣe ipinlẹ ni lilo LiMn₂O₄ cathode pẹlu Li₃PS₄ electrolyte ṣe afihan iwuwo agbara 300 Wh/kg, ti o sunmọ awọn ipele iṣẹ ṣiṣe NMC lakoko ti o n ṣetọju awọn anfani aabo LMO.

Lithium Manganese Oxide

Agbọye LMO nbeere aaye laarin ala-ilẹ batiri litiumu gbooro. Lithium cobalt oxide (LCO) nfunni ni iwuwo agbara ti o ga julọ (140-180 Wh / kg) ṣugbọn jiya lati iduroṣinṣin igbona ti ko dara ati idiyele giga. LCO jẹ gaba lori ẹrọ itanna to ṣee gbe nibiti iwọn ṣe pataki diẹ sii ju idiyele tabi igbesi aye gigun, ṣugbọn awọn ifiyesi aabo ṣe idiwọ lilo rẹ ni awọn ohun elo ọna kika nla.

Litiumu iron fosifeti (LFP) n pese igbesi aye yiyi to yatọ (2,000{7}}5,000 cycles) ati aabo ti o ga julọ, ti n ṣiṣẹ ni foliteji kekere (ipo 3.2V). Iwọn agbara LFP (90-120 Wh/kg) ṣubu ni isalẹ LMO, ṣugbọn igbesi aye gigun rẹ jẹ ki o jẹ ọrọ-aje fun awọn ohun elo nibiti awọn idiyele rirọpo loorekoore kọja idiyele rira akọkọ. Ọja ti nše ọkọ ina ti Ilu China ṣe ojurere si LFP siwaju sii fun awọn ọkọ ayọkẹlẹ ti iwọn iwọn, lakoko ti awọn idapọmọra LMO-NMC jẹ wọpọ ni awọn ọja ti o ṣaju iṣẹ ṣiṣe.

Awọn batiri nickel manganese cobalt (NMC) n funni ni iwuwo agbara ti o ga julọ laarin awọn aṣayan iṣowo lọwọlọwọ (150{1}}250 Wh/kg), ṣiṣe wọn ni ayanfẹ fun awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina gigun. Sibẹsibẹ, awọn idiyele NMC ni pataki diẹ sii nitori akoonu nickel ati koluboti, ati awọn ifiyesi iduroṣinṣin igbona nilo awọn ọna ṣiṣe iṣakoso batiri fafa. Ifijiṣẹ agbara LMO kọja NMC ni kukuru kukuru, fifun ni eti fun awọn ohun elo arabara ti o nilo isare iyara.

Awọn batiri litiumu titanate (LTO) lo anode ti a ṣe atunṣe kuku ju cathode ti o yatọ, ṣugbọn lafiwe jẹ itọnisọna. LTO nfunni ni igbesi aye gigun pupọ (10, 000+ cycles) ati ailewu ṣugbọn ni iwuwo agbara kekere pupọ (50-80 Wh/kg). Apapo LTO anodes pẹlu LMO cathodes ṣẹda awọn batiri iṣapeye fun awọn ohun elo kan pato bi awọn ọna ṣiṣe ọkọ ayọkẹlẹ gbigba agbara, ti n ṣe afihan bii isọdọkan kemistri ṣe le fojusi awọn ibeere onakan.

Iyara ti imotuntun LMO ti yara ni awọn ọdun aipẹ bi awọn oniwadi ṣe koju awọn idiwọn gigun. Iwadi 2024 kan ninu Iwe akọọlẹ ti American Chemical Society ṣe apejuwe ohun elo afẹfẹ litiumu manganese ti o fẹlẹfẹlẹ pẹlu rudurudu igbekale iṣakoso ti o ṣaṣeyọri gigun kẹkẹ iyipada nitosi agbara imọ-jinlẹ. Awọn oniwadi lo paṣipaarọ ion ati iṣakoso gbigbẹ lati ṣe agbekalẹ Li{3}} birnessite kan ti o ni iwọntunwọnsi ti o dinku ijira manganese ati itusilẹ.

Awọn ilana iyipada oju-aye tẹsiwaju lati dagbasoke. Awọn oniwadi ni ọdun 2024 ṣe afihan pe ifasilẹ graphene ti awọn patikulu LMO ni ilọsiwaju agbara nipasẹ 15% lakoko ti o fa igbesi aye gigun. Layer graphene rọ gba awọn iyipada iwọn didun lakoko gigun kẹkẹ lakoko ti o n pese adaṣe itanna ati aabo lodi si itusilẹ manganese. Ọna yii ṣe aṣoju aṣa ti o gbooro si imọ-ẹrọ nanoscale ti awọn ohun elo cathode.

Awọn ẹya imudọgba ifọkansi farahan bi itọsọna ti o ni ileri. Kuku ju tiwqn aṣọ jakejado kọọkan patiku, awọn ohun elo yatọ tiwqn lati mojuto to dada. Iyipada mimu kuro ni aiṣedeede wiwo ti o fa fifọ ni awọn ẹya ti o rọrun. Ọpọlọpọ awọn ẹgbẹ iwadii royin imudara ilọsiwaju ni awọn foliteji giga ni lilo ọna yii, botilẹjẹpe imuse iṣowo wa ni opin.

Awọn ohun elo ẹkọ ẹrọ ti bẹrẹ iṣapeye iṣelọpọ LMO ati iṣẹ. Awọn oniwadi lo awọn awoṣe iṣiro lati ṣe asọtẹlẹ awọn akojọpọ dopant ti o mu iduroṣinṣin igbekalẹ, idinku idanwo - ati{2}} adanwo aṣiṣe ti aṣa nilo fun idagbasoke awọn ohun elo. Iwadii ọdun 2024 ṣaṣeyọri asọtẹlẹ aluminiomu aipe -nickel co-awọn iwọn doping fun iṣẹ giga{7}, eyiti awọn adanwo ti o tẹle mulẹ.

Profaili ayika ti LMO ṣafihan awọn anfani ati awọn italaya mejeeji. Isodi manganese nilo agbara ti o kere{1} sisẹ aladanla ju cobalt tabi nickel, ati pe opo eroja naa dinku titẹ lori awọn ara irin ti o ni idojukọ. Sibẹsibẹ, iwakusa manganese tun n ṣe agbejade ipa ayika nipasẹ idamu ilẹ, lilo omi, ati ibajẹ ti o pọju ti ko ba ṣakoso daradara.

Awọn igbelewọn igbesi aye ti o ṣe afiwe awọn kemistri batiri litiumu oriṣiriṣi fihan LMO ṣe daradara ni ifẹsẹtẹ erogba nitori awọn ibeere ṣiṣe kekere ati imukuro koluboti. Iwadii ni kikun 2023 ti o ṣe iṣiro awọn batiri LMO ṣe agbejade isunmọ 15-20% dinku itujade eefin eefin lakoko iṣelọpọ ni akawe si awọn deede NMC lori ipilẹ-kWh kan.

Awọn amayederun atunlo fun LMO wa laarin awọn ọna ṣiṣe atunlo batiri litiumu gbooro. Awọn ilana hydrometallurgical le gba manganese, litiumu, ati awọn paati miiran pada pẹlu ṣiṣe giga. Sibẹsibẹ, iye kekere ti manganese ti a gba pada ni akawe si koluboti tabi nickel dinku awọn iwuri eto-ọrọ fun atunlo. Awọn aṣẹ eto imulo fun atunlo batiri, gẹgẹbi awọn ti a ṣe imuse ni Yuroopu, yoo ṣe ilọsiwaju awọn oṣuwọn atunlo LMO laibikita ọrọ-aje mimọ.

Awọn ohun elo igbesi aye keji- nfunni ni ipa ọna agbero miiran. Awọn batiri LMO ti o bajẹ ju lilo ọkọ ayọkẹlẹ nigbagbogbo ni idaduro agbara to fun ibi ipamọ agbara adaduro, nibiti iwuwo ati iwuwo agbara ṣe pataki kere ju ninu awọn ọkọ. Orisirisi awọn eto awaoko repurpose ti fẹyìntì ina ti nše ọkọ batiri ti o ni awọn LMO cathodes fun oorun agbara ipamọ, extending ìwò iwulo aye ati imudarasi lapapọ ayika ipa.

Kini o jẹ ki awọn batiri LMO jẹ ailewu ju awọn iru litiumu miiran-?

Ẹya kirisita spinel ti LMO n pese iduroṣinṣin igbona atorunwa ti o kọju ijafafa igbona. Awọn cathodes oxide manganese wa ni iduroṣinṣin ni awọn iwọn otutu ti o ga ju koluboti{1}}awọn omiiran ti o da lori, ati pe aini kobalt ti n ṣiṣẹ gaan dinku eewu jijẹ exothermic. Idanwo fihan pe awọn batiri LMO ni 58% eewu igbona runaway kekere ni ibamu si awọn iṣedede ailewu UL.

Kini idi ti awọn batiri LMO ni awọn igbesi aye kukuru ju awọn batiri LFP lọ?

Itu Manganese sinu elekitiroti nfa ipare ilọsiwaju ni awọn batiri LMO. Awọn ions Mn²⁺ yọkuro kuro ninu igbekalẹ cathode, ni pataki ni awọn iwọn otutu ti o ga, ki o lọ si anode nibiti wọn ṣe dabaru pẹlu iṣẹ elekiturodu. Awọn batiri LFP yago fun siseto yii nitori fosifeti irin ṣe agbekalẹ eto iduroṣinṣin diẹ sii ti ko tuka labẹ awọn ipo kanna.

Njẹ awọn batiri LMO le ṣee lo ni awọn iwọn otutu to gaju?

Awọn batiri LMO mu awọn iwọn otutu ti o ga julọ dara ju ọpọlọpọ awọn omiiran lọ, ṣiṣẹ lailewu titi di iwọn 60 (140 iwọn F). Išẹ otutu otutu jẹri nija diẹ sii -gẹgẹbi gbogbo awọn batiri lithium{4}}, LMO jiya agbara idinku ati pe o pọ si resistance inu ni isalẹ iwọn 0. Ibanujẹ foliteji lati awọn iwọn otutu tutu yoo ni ipa lori LMO bakanna si awọn kemistri miiran.

Bawo ni LMO ṣe afiwe si LFP fun awọn ọkọ ina?

LMO nfunni ni foliteji ti o ga julọ (4.0V vs 3.2V) ati ifijiṣẹ agbara to dara julọ fun isare, ṣugbọn igbesi aye ọmọ kekere ati iwuwo agbara kekere diẹ. LFP tayọ ni igbesi aye gigun ati idiyele fun boṣewa - awọn ọkọ ayọkẹlẹ, lakoko ti LMO-NMC idapọmọra ṣiṣẹ daradara fun iṣẹ ṣiṣe{5}}awọn ọkọ ayọkẹlẹ ti o ni itara to nilo ifijiṣẹ agbara iyara. Awọn aṣa ọja ṣe afihan awọn kemistri mejeeji ni ibajọpọ fun awọn apakan ọkọ oriṣiriṣi ju ọkan rọpo ekeji.

Lithium Manganese Oxide

Iwadi fun nkan yii fa lati ọpọlọpọ awọn orisun alaṣẹ pẹlu ẹlẹgbẹ{0}} awọn atẹjade ti a ṣe atunyẹwo ni Iwe Iroyin ti American Chemical Society, Batiri & Supercaps, ati Awọn ohun elo Ipamọ Agbara. Awọn data ọja wa lati awọn ile-iṣẹ itupalẹ ile-iṣẹ pẹlu DataIntelo ati Awọn oye Iṣowo Fortune. Awọn alaye imọ-ẹrọ tọka si awọn ohun elo lati ọdọ awọn olupese batiri pẹlu NEI Corporation, Sigma-Aldrich, ati CATL. Awọn data idanwo aabo wa lati awọn iṣedede UL ati awọn igbelewọn ailewu ti a tẹjade lati Ile-iṣẹ Aabo opopona opopona ti Orilẹ-ede (NHTSA).