Литијум никл манган кобалтни оксиди
Литијум никл манган кобалтни оксиди (скраћено НМЦ, Ли-НМЦ, ЛНМЦ, или НЦМ) су мешани метални оксиди литијума, никла, мангана и кобалта са општом формулом ЛиНиxМнyЦо1-x-yО2. Ови материјали се обично користе у литијум-јонским батеријама за мобилне уређаје и електрична возила, делујући као позитивно наелектрисана катода.
Постоји посебан интерес за оптимизацију НМЦ-а за апликације у електричним возилима због велике густине енергије материјала и радног напона. Смањење садржаја кобалта у НМЦ-у је такође један од циљева, због етичких проблема са ископавањем кобалта и високе цене метала.[1] Штавише, повећан садржај никла обезбеђује већи капацитет у оквиру стабилног радног периода.[2]
Структура
[уреди | уреди извор]
НМЦ материјали имају слојевиту структуру сличну индивидуалном једињењу металног оксида литијум кобалт оксиду (ЛиЦоО2).[3] Литијумски јони се интеркалирају између слојева након пражњења, остајући између равни решетке све док се батерија не напуне, у ком тренутку се литијум деинтеркалира и креће ка аноди.[4]
Тачке у фазном дијаграму чврстог раствора између крајњих чланова ЛиЦоО2, ЛиМнО2, и ЛиНиО2 представљају стехиометријске НМЦ катоде.[5] Три броја одмах иза НМЦ скраћенице означавају релативну стехиометрију три дефинишућа метала. На пример, моларни састав НМЦ од 33% никла, 33% мангана и 33% кобалта био би скраћене означен са НМЦ111 (такође НМЦ333 или НЦМ333) и имао би хемијску формулу ЛиНи 0.33Мн0.33Цо 0.33О2. Композиција од 50% никла, 30% мангана и 20% кобалта би се назвала НМЦ532 (или НЦМ523) и имала би формулу ЛиНи0.5Мн0.3Цо0.2О2. Друге уобичајене композиције су НМЦ622 и НМЦ811.[4] Општи садржај литијума обично остаје око 1:1 са укупним садржајем прелазног метала, при чему комерцијални НМЦ узорци обично садрже мање од 5% вишка литијума.[6][7]
За НМЦ111, идеална оксидациона стања за расподелу наелектрисања су Мн4+, Цо3+, и Ни2+. Кобалт и никл се делимично оксидују до Цо4+ и Ни4+ током пуњења, док Мн4+ остаје неактиван и одржава структурну стабилност.[8] Модификовање стехиометрије прелазног метала мења својства материјала, обезбеђујући начин за прилагођавање перформанси катоде.[3] Најважније, повећање садржаја никла у НМЦ-у повећава његов почетни капацитет пражњења, али смањује његову термичку стабилност и задржавање капацитета. Повећање садржаја кобалта долази по цену замене никла више енергије или хемијски стабилног мангана, а истовремено је скупо. Кисеоник може да се генерише из металног оксида на 300 °Ц када се потпуно испразни, деградирајући решетку. Већи садржај никла смањује температуру стварања кисеоника док такође повећава производњу топлоте током рада батерије.[3] Мешање катјона, процес у коме Ли+ замењује Ни2+ јоне у решетки, такође се повећава како се повећава концентрација никла.[9] Слична величина Ни2+ (0.69 Å) и Ли+ (0.76 Å) олакшава мешање катјона. Измештање никла из слојевите структуре може да промени карактеристике везивања материјала, формирајући непожељне фазе и снижавајући његов капацитет.[10][11]
Референце
[уреди | уреди извор]- ^ Wарнер, Јохн Т. (2019-01-01), Wарнер, Јохн Т., ур., „Цхаптер 8 - Тхе материалс”, Литхиум-Ион Баттерy Цхемистриес (на језику: енглески), Елсевиер, стр. 171—217, ИСБН 978-0-12-814778-8, С2ЦИД 239383589, дои:10.1016/б978-0-12-814778-8.00008-9, Приступљено 2023-04-02
- ^ Осwалд, Стефан; Гастеигер, Хуберт А. (2023-03-01). „Тхе Струцтурал Стабилитy Лимит оф Лаyеред Литхиум Транситион Метал Оxидес Дуе то Оxyген Релеасе ат Хигх Стате оф Цхарге анд Итс Депенденце он тхе Ницкел Цонтент”. Јоурнал оф тхе Елецтроцхемицал Социетy. 170 (3): 030506. Бибцоде:2023ЈЕлС..170ц0506О. ИССН 0013-4651. С2ЦИД 258406065. дои:10.1149/1945-7111/ацбф80
.
- ^ а б в Мантхирам, Арумугам; Книгхт, Јамес C.; Мyунг, Сеунг-Таек; Ох, Сеунг-Мин; Сун, Yанг-Коок (2015-10-07). „Ницкел-Рицх анд Литхиум-Рицх Лаyеред Оxиде Цатходес: Прогресс анд Перспецтивес”. Адванцед Енергy Материалс (на језику: енглески). 6 (1): 1501010. С2ЦИД 97342610. дои:10.1002/аенм.201501010.
- ^ а б Wарнер, Јохн Т. (2019-01-01), Wарнер, Јохн Т., ур., „Цхаптер 5 - Тхе Цатходес”, Литхиум-Ион Баттерy Цхемистриес (на језику: енглески), Елсевиер, стр. 99—114, ИСБН 978-0-12-814778-8, С2ЦИД 239420965, дои:10.1016/б978-0-12-814778-8.00005-3, Приступљено 2023-04-02
- ^ Хоуцхинс, Грегорy; Висwанатхан, Венкатасубраманиан (2020-01-01). „Тоwардс Ултра Лоw Цобалт Цатходес: А Хигх Фиделитy Цомпутатионал Пхасе Сеарцх оф Лаyеред Ли-Ни-Мн-Цо Оxидес”. Јоурнал оф тхе Елецтроцхемицал Социетy. 167 (7): 070506. Бибцоде:2020ЈЕлС..167г0506Х. ИССН 0013-4651. С2ЦИД 201303669. арXив:1805.08171 . дои:10.1149/2.0062007ЈЕС.
- ^ Јулиен, Цхристиан; Маугер, Алаин; Загхиб, Карим; Гроулт, Хенри (2016-07-19). „Оптимизатион оф Лаyеред Цатходе Материалс фор Литхиум-Ион Баттериес”. Материалс (на језику: енглески). 9 (7): 595. Бибцоде:2016Мате....9..595Ј. ИССН 1996-1944. ПМЦ 5456936 . ПМИД 28773717. дои:10.3390/ма9070595 .
- ^ Ли, Xуемин; Цолцласуре, Андреw M.; Финеган, Донал П.; Рен, Донгсхенг; Схи, Yинг; Фенг, Xунинг; Цао, Леи; Yанг, Yуан; Смитх, Кандлер (2019-02-20). „Деградатион мецханисмс оф хигх цапацитy 18650 целлс цонтаининг Си-грапхите аноде анд ницкел-рицх НМЦ цатходе”. Елецтроцхимица Ацта (на језику: енглески). 297: 1109—1120. ОСТИ 1491439. С2ЦИД 104299816. дои:10.1016/ј.елецтацта.2018.11.194 .
- ^ Yоон, Wон-Суб; Греy, Цларе П.; Баласубраманиан, Махалингам; Yанг, Xиао-Qинг; Фисцхер, Даниел А.; МцБреен, Јамес (2004). „Цомбинед НМР анд XАС Студy он Лоцал Енвиронментс анд Елецтрониц Струцтурес оф Елецтроцхемицаллy Ли-Ион Деинтерцалатед Ли[суб 1−x]Цо[суб 1/3]Ни[суб 1/3]Мн[суб 1/3]О[суб 2] Елецтроде Сyстем”. Елецтроцхемицал анд Солид-Стате Леттерс (на језику: енглески). 7 (3): А53. дои:10.1149/1.1643592.
- ^ Зханг, Xиаоyу; Јианг, W. Ј.; Маугер, А.; Qилу; Гендрон, Ф.; Јулиен, C. M. (2010-03-01). „Минимизатион оф тхе цатион миxинг ин Ли1+x(НМЦ)1−xО2 ас цатходе материал”. Јоурнал оф Поwер Соурцес (на језику: енглески). 195 (5): 1292—1301. Бибцоде:2010ЈПС...195.1292З. ИССН 0378-7753. дои:10.1016/ј.јпоwсоур.2009.09.029.
- ^ Xу, Бо; Фелл, Цхристопхер Р.; Цхи, Миаофанг; Менг, Yинг Схирлеy (2011). „Идентифyинг сурфаце струцтурал цхангес ин лаyеред Ли-еxцесс ницкел манганесе оxидес ин хигх волтаге литхиум ион баттериес: А јоинт еxпериментал анд тхеоретицал студy”. Енергy & Енвиронментал Сциенце (на језику: енглески). 4 (6): 2223. ИССН 1754-5692. дои:10.1039/ц1ее01131ф.
- ^ Зхао, Енyуе; Фанг, Линцан; Цхен, Минмин; Цхен, Донгфенг; Хуанг, Qингзхен; Ху, Зхонгбо; Yан, Qинг-бо; Wу, Меимеи; Xиао, Xиаолинг (2017-01-24). „Неw инсигхт инто Ли/Ни дисордер ин лаyеред цатходе материалс фор литхиум ион баттериес: а јоинт студy оф неутрон диффрацтион, елецтроцхемицал кинетиц аналyсис анд фирст-принциплес цалцулатионс”. Јоурнал оф Материалс Цхемистрy А (на језику: енглески). 5 (4): 1679—1686. ИССН 2050-7496. дои:10.1039/Ц6ТА08448Ф.
Литература
[уреди | уреди извор]- Гилес Паркинсон (2019-08-12). „Алинта сеес суб 5-yеар паyбацк фор унсубсидисед биг баттерy ат Неwман”. РенеwЕцономy (на језику: енглески).
- „Енергy Стораге Солутион Провидер” (ПДФ) (на језику: енглески). Архивирано из оригинала (ПДФ) 2020-02-23. г. Приступљено 2020-03-01.