Pruisisch-blauwe analogen maken betaalbare, duurzame lithium-ionbatterijen mogelijk

Pruisisch blauw (PB), een bekend pigment dat wordt gebruikt om jeans te verven, wordt erkend als een opkomend materiaal voor batterijen van de volgende generatie. Een team van onderzoekers, onder leiding van professor Hyun-Wook Lee van de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST, heeft een belangrijke doorbraak bereikt in de ontwikkeling van goedkope, hoogwaardige lithium-ionbatterijen (LIB’s) met behulp van PB, wat heeft geleid tot aanzienlijk lagere batterijprijzen.

De studie, gepubliceerd in Nano-brievendemonstreert een nieuw elektrolytsysteem dat de beperkingen van PB’s trage kinetiek en inactivering van de valentietoestand overwint, waardoor een stabiele en efficiënte werking van de batterij mogelijk wordt.

In deze studie heeft het onderzoeksteam een ​​nieuwe polymere kathode-elektrolyt-interfase (CEI)-laag ontwikkeld door middel van een ringopeningsreactie van ethyleencarbonaat, geactiveerd door OH^– radicalen uit structureel water. Deze innovatieve aanpak verbetert de elektrochemische kinetiek in organische elektrolyten aanzienlijk, en bereikt een specifieke capaciteit van 125 mAh/g met een stabiele levensduur van meer dan 500 cycli.

De prestatie van het team is een game-changer in de ontwikkeling van LIB’s, die cruciaal zijn voor de brede acceptatie van elektrische voertuigen (EV’s) en andere energieopslagtoepassingen. Traditionele LIB’s zijn echter sterk afhankelijk van lithiumbevattende overgangsmetaaloxiden als kathodematerialen, zoals kobalt en nikkel, wat leidt tot hoge productiekosten. Als gevolg hiervan heeft de stijgende prijs van deze grondstoffen de batterijprijzen doen stijgen.

In tegenstelling hiermee is PB een kosteneffectief en efficiënt materiaal, dat bestaat uit ijzer, koolstof en stikstof. De betaalbaarheid en hoge ionische geleidbaarheid maken het een aantrekkelijk alternatief voor LIB’s. Er is echter nog niet veel onderzoek gedaan naar PB, deels vanwege de beperkingen die worden opgelegd door de implicaties van lithium.

Hun bevindingen tonen aan dat PB kan worden gebruikt als een duurzaam en efficiënt kathodemateriaal, wat potentieel toont om de prijs van LIB’s aanzienlijk te verlagen. Door optimalisatie van de prestaties door verbetering van de elektrolyt, wordt verwacht dat de toepassingen ervan verschillende batterijvelden zullen bestrijken.

“Deze studie markeert een significante paradigmaverschuiving in de ontwikkeling van goedkope kathodematerialen,” zei professor Lee. “We hebben PB succesvol getransformeerd van een aantrekkelijk goedkoop kathodemateriaal naar een levensvatbare optie voor commercieel gebruik.”

Hoofdauteur Tae-Ung ​​Wi voegde toe: “Ons onderzoek overwint niet alleen de beperkingen van bestaande PB, maar draagt ​​ook bij aan efficiëntere en stabielere batterijontwikkeling in de toekomst.”

Deze doorbraak heeft verstrekkende gevolgen voor de batterij-industrie en maakt de weg vrij voor de brede acceptatie van PB als kathodemateriaal van de volgende generatie.