Спрос на никель и кобальт растёт вместе с распространением электромобилей, и через несколько десятков лет предсказанный дефицит этих металлов не позволит продолжать производство литий-ионных аккумуляторов в их нынешнем виде, пишет Science Daily. Вдобавок плотность энергии этих элементов уже приблизилась к теоретически достижимому максимуму — таким образом, ещё немного, и батареи начнут воспламеняться во время зарядки из-за выброса кислорода. Плюс добыча кобальта загрязняет окружающую среду и воду.
Всё вместе это объясняет, почему учёные ряда стран заняты поисками другой «химии» для батарей. Международная команда учёных решила заменить катод литий-ионной батареи на железный. Это четвёртый по распространённости в земной коре элемент, и его хватит надолго.
«Мы изменили реакционную способность железа, самого дешёвого из металлов, — сказал Цзи Сюлэй, исследователь из Университета штата Орегон. — Наш электрод может предложить более высокую плотность энергии, чем современные катодные материалы в электромобилях. А поскольку мы используем железо, цена которого обычно не превышает доллара за килограмм, что составляет совсем небольшую долю от цены на никель и кобальт, незаменимых для современных высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторах, то цена наших батарей потенциально намного ниже».
Исследователи повысили реактивную способность железа в катоде, разработав химическую среду на основе фтора и фосфатов. Эта смесь, добавленная в твёрдую среду, обеспечила двустороннюю конверсию, то есть перезарядку батареи, железного порошка, фторида лития и фосфата лития в соли железа.
«Мы показали, что разработка материалов с анионами может преодолевать порог плотности энергии для создания более устойчивых и дешёвых батарей, — сказал Цзи. — Мы не используем более дорогие соли в сочетании с железом — только те, которые применяются в аккумуляторной индустрии, и ещё железный порошок. Для установки нового катода не надо ничего менять — не нужны никакие новые аноды, не требуются новые производственные линии, не придётся разрабатывать новую архитектуру батарей. Мы меняем только одно — катод».
Инженеры из США разработали литий-ионную батарею с катодом из органики вместо кобальта или никеля — она может снять зависимость индустрии электротранспорта от редких металлов. Новый тип катода дешевле, проводит электричество не хуже, а заряжает батарею быстрее кобальтового.
