Co mogłoby być wykorzystywane w miejsce niklu i kobaltu do tworzenia wysokowydajnych katod baterii? Po pierwsze występuje w znacznie większej ilości niż oba wspomniane wyżej pierwiastki. To piąty najobficiej występujący metal w skorupie ziemskiej, po aluminium, żelazie i wapniu. Co ciekawe, znajdziemy go też w żywności – np. w płatkach owsianych, produktach zbożowych, nasionach roślin strączkowych, owocach morza, kaszy gryczanej, orzechach, warzywach oraz owocach. Chodzi o mangan, a konkretnie nową metodę konstrukcji materiałów katodowych na bazie tego pierwiastka.
Ekipa Berkeley Lab odkryła, że mangan może być wykorzystywany do produkcji baterii na bazie DRX (nieuporządkowanej soli kamiennej). Wcześniejsze badania sugerowały, że materiały DRX muszą być bardzo małe (w rozmiarze nano), aby skutecznie działać, a więc muszą zostać zmielone, co jest jednak procesem energochłonnym. Co zaskakujące, nowe badania wykazały, że katody na bazie manganu mogą nawet działać lepiej z większymi (1000 razy) cząsteczkami. Proces produkcji obejmuje dwa główne etapy. W pierwszym jony litu są usuwane z materiału katody. W drugim materiał jest podgrzewany w niskiej temperaturze (około 200 stopni Celsjusza).
Czytaj też: Baterie litowo-jonowe pójdą w odstawkę? Jest coś lepszego i powstaje na Starym Kontynencie
Cały proces trwa zaledwie dwa dni, w porównaniu do wcześniejszych metod zajmujących nawet kilka tygodni. Wykorzystano najnowocześniejsze mikroskopy elektronowe, aby uchwycić w skali atomowej zdjęcia materiału na bazie manganu w akcji i odkryto, że po zastosowaniu nowego procesu, materiał utworzył nanoskalową półuporządkowaną strukturę, która faktycznie poprawiła wydajność baterii, umożliwiając jej gęste przechowywanie i dostarczanie energii. Zespół wykorzystał również promieniowanie rentgenowskie, aby zbadać, w jaki sposób cykl pracy baterii powoduje zmiany chemiczne manganu i tlenu na poziomie makroskopowym.
Wyniki badań Berkeley Lab opublikowano w periodyku naukowym Nature Nanotechnology. Odpowiedzialna za niego ekipa naukowców uważa, że stosując nowe podejście, można użyć materiału, który jest zarówno powszechnie dostępny, jak i tani, a jego produkcja wymaga mniej energii i czasu niż w przypadku niektórych komercyjnych materiałów katodowych do akumulatorów litowo-jonowych. Co więcej materiał ten może przechowywać tyle samo energii i działać równie dobrze.