Этот двойной

Just_Super/iStock

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Группа исследователей из Восточно-Китайского университета науки и технологий (ECUST) нашла способ сделать литий-ионные аккумуляторы дешевле и лучше. Они разработали уникальную стратегию, которая позволяет им повысить стабильность богатого никелем катода в литий-ионных батареях.

Литий-ионные аккумуляторы состоят из четырех основных компонентов; катод, электролит, сепаратор и анод. Катод и анод батареи покрыты специальными материалами для повышения их стабильности, проводимости и плотности энергии. Считается, что покрытие катода слоем, богатым никелем, может привести к созданию более совершенных литий-ионных батарей высокой энергии.

Исследователи предполагают, что такие батареи будут иметь лучшие электрохимические характеристики и будут стоить дешевле, чем используемые в настоящее время литий-ионные батареи. Однако катоды с никелевым покрытием крайне нестабильны и в долгосрочной перспективе приводят к значительному снижению емкости аккумулятора.

«На данный момент использование литий-ионных аккумуляторов в основном ограничено ограниченной удельной емкостью их катодного материала. Слоистые катоды с высоким содержанием никеля всегда страдают от быстрого снижения емкости из-за структурной и межфазной нестабильности, которая возникает при длительном хранении. -срок эксплуатации", - отмечают исследователи.

Недавно предложенная стратегия может решить эту проблему.

Настоящее исследование — не первая попытка заставить работать катоды с высоким содержанием никеля. Поскольку высокопроизводительные литий-ионные аккумуляторы пользуются большим спросом из-за быстрорастущего рынка электромобилей, ученые уже некоторое время пытаются решить проблемы со стабильностью. Однако большинство таких усилий было сосредоточено либо на покрытии поверхности, либо на легировании элементов.

Авторы исследования полагают, что таких однонаправленных методов недостаточно для преодоления «структурной и межфазной нестабильности» богатых никелем катодов. Более того, эти решения часто уменьшают емкость аккумулятора, а не решают проблему. Например, одноэлементное легирование в большинстве случаев не может остановить реакцию между катодом и электролитом.

Это вызывает разложение электролита, что в конечном итоге приводит к значительному снижению срока службы и производительности литий-ионного аккумулятора. Поэтому исследователи предложили стратегию двойной модификации, которая обещает сделать катоды с высоким содержанием никеля стабильными и осуществимыми в долгосрочной перспективе.

Катод их батареи легирован титаном и покрыт слоем никеля, содержащим диоксид лития-иттрия (Li YO2). Эта двойная модификация достигается с помощью метода спекания, при котором применяется тепло и давление, и все (покрытие, легированный материал и катод) превращается в твердую массу.

Исследователи проверили этот катод с помощью рентгеновской дифракции и электронной микроскопии. Эти испытания показали, что модифицированный катод структурно стабилен и лучше сохраняет емкость батареи, чем обычный катод. После 100 и 500 циклов зарядки двойной модифицированный катод сохранял емкость 96,3 процента и 86,8 процента соответственно.

Если вы до сих пор не смогли полностью понять этот одностадийный процесс двойной модификации, вот простое объяснение: прочные связи титан-кислород, возникающие в результате легирования, на самом деле улучшают стабильность катода. В то время как богатое никелем покрытие LiYO2 успешно предотвращает деградацию электролита и другие вредные побочные реакции, которые обычно отвечают за рассеивающую способность литий-ионных батарей.

Теперь исследователи планируют проверить работу своего двойного модифицированного катода в сложных условиях. «Будет изучена стабильность в чрезвычайно суровых условиях, чтобы обеспечить безопасность материала и облегчить его коммерческое применение», — заявил в пресс-релизе Хао Цзян, один из авторов исследования и профессор ECUST.

Профессор Цзян и его команда также стремятся сделать этот процесс масштабируемым, чтобы батареи с двойным модифицированным катодом вскоре могли стать коммерчески доступными.