Kun Róbert (szerk.)

Energiatárolási és akkumulátoripari alapismeretek

Fejezetek a villamosenergia-rendszerek, az elektrokémiai és további energiatárolási technológiák témaköréből


1.5.3. A pozitív elektródok öregedési mechanizmusai

Történetileg az első lítiumion-akkumulátorok [12] LCO-t (LiCoO2) használtak pozitív elektródaktív komponensként. A költségfaktor, a toxicitás és elektrokémiai stabilitási okok miatt más, azonos szerkezetű elektródaktív anyagokat (LiMO2, M átmenetifém) is teszteltek [40], különösen az LNO-elektródot (LiNiO2). Az LCO esetében jelenleg az az álláspont, hogy a fő öregedési mechanizmus a kobalt kioldódása. Amatucci és társai [41] szerint összefüggés van az LCO-elektród kapacitásvesztése és a kioldott kobalt mennyisége között. Az öregedési mechanizmust tekintve az LNO fő hátránya az LCO-val összevetve, hogy a delítiálások során a nikkelionok irreverzibilisen elfoglalják a lítiumhelyeket a részlegesen (de)lítiált LNO kristályrácsában (hasonló ionrádiuszuk miatti „cross-talk” által) ezzel csökkentve a reverzibilis kisütési kapacitás maximális értékét. Ezenkívül az LNO-elektródok a (de)lítiálások során térfogatváltozásoktól szenvednek, ami a kristályszerkezetek eltérő méreteiből adódik. Az LNO szerkezeti rendezetlenségi reakcióit a nikkel egy részének kobaltra történő helyettesítésével minimalizálták [36]. Ez a kobalt hozzáadása a delítiált-lítiált fázisátmenetek térfogatváltozásait is javította. Végül a Li(Ni/Co)O2 elektródokat alumíniummal (vagy mangánnal) adalékolták, hogy csökkentsék a lítiumbeépülés (és/vagy -kivonás) miatti kristályszerkezeti térfogatváltozásokat, mint amilyen a kitágulás (és/vagy összehúzódás). Ez a szubsztitúció javítja az elektród mechanikai stabilitását, ami jobb ciklikus élettartamot eredményez. Ez viszont a kapacitás csökkenésével és az impedancia növekedésével jár. Így ma az NCA-elektród (LiNi0,8Co0,15Al0,05O2) olyan elektród, amely sokkal jobb öregedési viselkedéssel rendelkezik, mint elődei [34]. A grafitelektródokhoz hasonlóan a rétegesoxid-alapú pozitív elektródok (LiMO2, M = Ni, Co stb.) esetében is a legfontosabb öregedési mechanizmusok a felülettel kapcsolatos mechanizmusok [42], [43]:
  • katódos SEI kialakulása az elektrolit oxidációjával (CEI, cathode electrolyte interphase),
  • oxigénben szegény felület kialakulása.
 
Ez a két mechanizmus összefügg, azaz az elektródaktív komponensek oxigénvesztése elősegítheti az elektrolit oxidációját a CEI növekedését előidézve. Az eredmény az impedancia növekedése, ami közvetve a kapacitás csökkenését jelenti, mivel a feszültség-küszöbértéket gyorsabban eléri (azaz az elérhető maximális fajlagos kisütési kapacitás csökken). Ha ez a mechanizmus egyre erőteljesebbé válik, előfordulhat, hogy az aktív anyag egyes részecskéi kiesnek az elektrokémiai reakcióból [42], ami ténylegesen az akkumulátor kapacitásának csökkenését okozza.
 

Energiatárolási és akkumulátoripari alapismeretek

Tartalomjegyzék


Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2025

ISBN: 978 963 664 126 9

A kötet átfogó, horizontális tematikával vezeti be az olvasót az akkumulátor értéklánc teljes spektrumába: bemutatja a villamosenergia-piac működését, a telepített energiatárolási megoldásokat, az akkumulátorok járműipari alkalmazása terén az alternatív hajtásláncok felépítését és kulcskomponenseit, valamint részletesen tárgyalja a Li-ion akkumulátorok felépítését, működését, gyártástechnológiáját és a legfrissebb fejlesztési irányokat. Áttekintést nyújt továbbá az akkumulátorok biztonságtechnikájáról, diagnosztikai eljárásairól és az újrahasznosítás legfontosabb szempontjairól. Az olvasó átfogó képet kaphat az elektrokémiai energiatárolás technológiai hátteréről, a mobilitási és telepített tárolási megoldások térnyeréséről, az akkumulátoripar hazai és globális fejlődési irányairól, valamint az ezekhez kapcsolódó lehetőségekről, kihívásokról és szabályozási kérdésekről. A kötet az akkumulátorgyártás alaplépéseitől a jármű- és energiarendszer-integrációig, a töltőinfrastruktúrától a biztonságtechnikai, gazdasági és jogi aspektusokig számos kapcsolódó területet is tárgyal. Hasznos olvasmány lehet gépész-, villamos- és vegyipari mérnökök, mechatronikai és gazdasági szakemberek, autóipari és energiaipari szereplők, valamint a közszféra és az oktatás területén dolgozók számára – de mindazoknak is, akik naprakész, rendszerszintű tudást keresnek az energiatárolás és az elektromobilitás dinamikusan fejlődő világában. A kötet elkészítését a Magyar Akkumulátor Szövetség támogatta.

Hivatkozás: https://mersz.hu/kun-energiatarolasi-es-akkumulatoripari-alapismeretek//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

Kivonat
fullscreenclose
printsave