Немцы разобрались, как на треть увеличить ёмкость литиево-ионных аккумуляторов
Исследование проведено в рамках разработки аккумуляторов повышенной ёмкости и отдачи. Исследователи из немецкого технологического института Карлсруэ (KIT) опубликовали в издании Nature Communications статью, в которой объяснили механизм деградации катодов в высокоэнергетических литиево-ионных аккумуляторах. Полученные знания, уверены учёные, позволят на 30 % увеличить ёмкость литиево-ионных аккумуляторов. Без точного понимания процессов деградации катода невозможно успешно наращивать ёмкость батарей с высочайшей отдачей, которая необходима для развития электротранспорта.
В современных литиево-ионных аккумуляторах катод представляет собой многослойную структуру из оксидов с различными соотношениями никеля, марганца и кобальта. Аккумуляторы с высокой отдачей для автомобильной и других сфер применения требуют иную структуру катода. Но такие материалы оказались подвержены быстрой деградации. Для высокоэнергетических аккумуляторов требуются катоды обогащённые марганцем с избытком лития, что увеличивает способность аккумулировать энергию на единицу объема/массы катодного материала.
Через определённое время слоистый оксид превращается в кристаллическую структуру с крайне неблагоприятными электрохимическими свойствами. При работе в обычном режиме, когда катод обогащается или теряет ионы лития, высокоэнергетический катодный материал разрушается. Это происходит уже на ранних этапах эксплуатации аккумулятора, что ведёт к быстрому снижению среднего значения заряда и разряда.
Кроме того, важную роль в реакциях, как оказалось, играет кислород. В процессе серии экспериментов немецкие учёные выяснили, что деградация происходит не напрямую, а косвенно через формирование трудно определяемых реакций с образованием твёрдых литийсодержащих солей. Используя полученные результаты учёные надеются минимизировать деградацию катодов и со временем разработать новый тип аккумуляторов повышенной ёмкости. Также исследователи смогли сделать новые выводы о химических процессах в литиево-ионных аккумуляторах, которые могут не вести к деградации катодов.