مادة الكاثود من الجيل الثالث LNMO تقترب من الإنتاج والتطبيق الضخم

أغسطس ٢٠٢٥ - في السنوات الأخيرة، شهدت صناعة بطاريات الليثيوم تقدمًا مستمرًا في تطوير مواد الكاثود. في منتدى CIBF2023، صنّف البروفيسور هوانغ شيوجيه من معهد الفيزياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم تطور مواد الكاثود إلى ثلاثة أجيال: الجيل الأول هو أكسيد منجنيز الليثيوم (LMO)، والجيل الثاني يشمل فوسفات حديد الليثيوم (LFP) والمواد الثلاثية، والجيل الثالث يضم أكسيد منجنيز الليثيوم والنيكل من نوع السبينيل (LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄، أو LNMO) وأكسيد نيكل الليثيوم.

من بين هذه المواد، يُعدّ LNMO مرشحًا رائدًا لمواد الكاثود من الجيل التالي، نظرًا لجهد تشغيله العالي، وكثافة طاقته العالية، وتكلفته المنخفضة. ويُعتبر بديلًا واعدًا لكلٍّ من أنظمة LFP والأنظمة الثلاثية. وقد أبدت العديد من شركات البطاريات الرائدة اهتمامًا كبيرًا بـ LNMO، وهي تشارك بنشاط في البحث والتطوير واحتياطيات التكنولوجيا.

مزايا تقنية LNMO

lخالٍ من الكوبالت وفعال من حيث التكلفة: LNMO خالٍ من الكوبالت، ويتكون أساسًا من المنغنيز. تكلفة مواده أقل بنحو ٢٠٪ من LFP و٤٠٪ من الكاثودات الثلاثية.

lكثافة الطاقة العالية: مع منصة تفريغ تصل إلى 4.5 فولت (مقارنة بـ 3.2 فولت لـ LFP)، توفر LNMO زيادة بنسبة 22.5% في كثافة الطاقة لكل وحدة كتلة.

lتحسين استخدام الليثيوم: تعمل تقنية LNMO على تعزيز استخدام موارد الليثيوم من حوالي 70% (وهو أمر نموذجي في المواد الثلاثية) إلى حوالي 95%، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الليثيوم.

lكثافة طاقة حجمية فائقة: توفر خلايا LNMO كثافة طاقة حجمية أعلى بنسبة تصل إلى 50% من خلايا LFP، مما يجعلها مثالية للتطبيقات ذات القيود الصارمة على الحجم مثل السيارات الكهربائية للركاب وأنظمة تخزين الطاقة.

الإنجازات الهندسية والاستعداد للإنتاج

على الرغم من مزاياها، لطالما واجه تسويق LNMO تحديات تقنية، منها عدم استقرار الإلكتروليت تحت الجهد العالي وتدهور السعة الناتج عن ذوبان المنغنيز. ومع ذلك، وبعد 17 عامًا من البحث، تغلب فريق البروفيسور هوانغ تدريجيًا على هذه العقبات.

وفقًا للتقارير العامة، حقق مختبر بحيرة سونغشان بالفعل طاقة إنتاجية يومية تبلغ 300 كجم من مادة LNMO. علاوة على ذلك، اجتازت بطاريات LNMO/الجرافيت اللينة، التي طُوّرت في المختبر، اختبارات صارمة، مما يُثبت:

lأكثر من 3000 دورة شحن وتفريغ مع الاحتفاظ بسعة 97% بعد 100 أسبوع

l94.6% من سعة الاحتفاظ عند -20 درجة مئوية

lشحن سريع: يتم شحن بطارية 32Ah الناعمة من 20% إلى 80% من SOC في 12 دقيقة فقط

lالسلامة: اجتازت خلية منشورية 100 أمبير/ساعة مشحونة إلى 4.8 فولت اختبار اختراق المسامير دون حريق أو انفجار

بالإضافة إلى ذلك، قام الفريق بتطوير حزمة تصنيع شاملة، بما في ذلك تركيبات الإلكتروليت عالية الجهد، ومعالجات سطح رقائق الألومنيوم، وبدائل رابط PVDF، مما أدى إلى تسريع الانتقال من البحث على نطاق المختبر إلى الجدوى التجارية.

التوقعات

بفضل النتائج الواعدة والدعم الصناعي المتزايد، أصبحت تقنية LNMO جاهزة للاستخدام على نطاق واسع. وتجعلها مزاياها في الأداء من حيث التكلفة والسلامة وكثافة الطاقة خيارًا مثاليًا للأدوات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة والمركبات الكهربائية.

ومن المتوقع أن تصبح مادة LNMO، بفضل الاستثمارات المستمرة من جانب الصناعة والأوساط الأكاديمية، المادة الكاثودية الرئيسية للجيل الثالث، مما يدفع الابتكار التكنولوجي ويدعم التنمية المستدامة لموارد بطاريات الليثيوم.