باتری EV تقویت‌شده با منگنز ژاپن به انرژی چشمگیر ۸۲۰ وات ساعت در کیلوگرم دست یافت، بدون کاهش
پژوهشگران ژاپنی در دانشگاه ملی یوکوهاما جایگزین مورد امیدی برای باتری‌های مبتنی بر نیکل و کبالت برای خودروهای الکتریکی (EV) ارائه کرده‌اند.
روش آنها استفاده از منگنز در آند است تا باتری با چگالی انرژی بالا و همچنین اقتصادی و پایدار ایجاد کنند.
تولیدکنندگان EV باتری‌های نیکل و کبالت را ترجیح می‌دهند زیرا چگالی انرژی بالاتری ارائه می‌دهند، که به معنای برد بیشتر در بسته باتری کوچکتر است. با این حال، هر دو عنصر برای تامین هزینه‌بر و نسبتاً نادر هستند و در شرایطی که استفاده از EV در سراسر جهان به طور گسترده‌ای افزایش یابد، گزینه‌های پایداری نیستند.
باتری‌های لیتیوم-یونی (Li-ion) گزینه ترجیحی برای اکثر الکترونیک قابل شارژ هستند. با این حال، چگالی انرژی پایین‌تر آنها باعث قرارگیری در وضعیت ضعیف‌تری برای EVها می‌شود. تلاش‌های تحقیق و توسعه برای بهبود آنها منجر به معرفی گزینه‌های بهتر Li-ion شده‌است.
منگنز در ماده آند به همراه لیتیوم، مانند LiMnO2 نیز مورد آزمایش قرار گرفته‌است. با این حال، کاربردها به دلیل عملکرد ضعیف‌تر الکترود محدود شده‌اند. پژوهشگران دانشگاه ملی یوکوهاما (YNU) در ژاپن این مشکل را در کار اخیر خود حل کرده‌اند.
بعد از مطالعه گسترده LiMnO2 در اشکال مختلف آن با استفاده از پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی اسکن و روش‌های الکتروشیمیایی، پژوهشگر نائوکی یابوچی و تیمش در YNU دریافتند که یک حوزه لایه‌لایه مونوکلینیک انتقال ساختاری LiMnO2 به یک فاز اسپینل مانند را فعال می‌کند. سیستم مونوکلینیک یک نوع تقارن گروهی از ساختار بلوری جامد است.
LiMnO2 عملکرد ماده الکترود را با تسهیل انتقال فاز بهبود می‌بخشد. بدون انتقال فاز، یک الکترود LiMnO2 عملکرد بهینه ندارد.
یابوچی در یک مطبوعاتی اظهار داشت: «از این کشف، LiMnO2 نانوساختار با حوزه‌های لایه‌لایه مونوکلینیک و سطح بالا به طور مستقیم با استفاده از واکنش حالت جامد ساده سنتز شده‌است.»
این واکنش هیچ مرحله واسطه‌ای ندارد و می‌تواند مستقیماً از دو بخش با استفاده از فرآیند کلسینه‌کردن سنتز شود.
آزمایش‌های پس از سنتز نشان داد که یک باتری با الکترود LiMnO2 به چگالی انرژی ۸۲۰ وات ساعت در کیلوگرم (Wh kg-1) رسید در مقایسه با ۷۵۰ وات‌ساعت در کیلوگرم که با باتری مبتنی بر نیکل به دست آمده بود. تنها باتری‌های لیتیوم-محور چگالی انرژی پایین‌تری از ۵۰۰ وات ساعت در کیلوگرم دارند.
پژوهشگران به Interesting Engineering در ایمیلی اعلام کردند که منگنز، هنگامی که در پلی‌مورف‌های دیگر استفاده می‌شود، به طور معمول نیمی از ظرفیت چگالی انرژی را نشان می‌دهد.
کارهای قبلی با استفاده از منگنز کاهش ولتاژ در باتری‌ها را نشان داده‌اند، جایی که خروجی ولتاژ با گذشت زمان کاهش می‌یابد و عملکرد دستگاه الکترونیکی کم می‌شود. با این حال، با الکترود LiMnO2، پژوهشگران چنین نتایجی را مشاهده نکرده‌اند.
تجزیه منگنز، یا به دلیل تغییر فاز یا واکنش با محلول اسیدی، می‌تواند همچنان رخ دهد. مطبوعاتی افزود که پژوهشگران برنامه‌ریزی می‌کنند از یک محلول الکترولیت به شدت متمرکز و یک پوشش فسفات لیتیوم برای حل این مشکل استفاده کنند.
پژوهشگران مطمئن هستند که کار آنها در توسعه یک گزینه جدید که با گزینه‌های موجود رقابتی، پایدار در تولید و در طولانی مدت محیط‌دوست است، کمک کرده‌است. آنها امیدوارند که تکنولوژی خود را تجاری‌سازی کنند و از آن در صنعت EV استفاده کنند.
تیم پژوهشی در ایمیل به IE افزودند: «ما یک روش بسیار ارزان پیدا کرده‌ایم و این کشف مهم مطالعه ما است.»
نتایج پژوهش در مجله ACS Central Science منتشر شده‌است.
