Аккумуляторам грозит "смерть" из-за одной добавки: что с этим можно сделать
Ученые из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) определили фундаментальную причину быстрой деградации высоконикелевых аккумуляторов, используемых в электромобилях.
Высоконикелевые аккумуляторы предлагают высокую плотность энергии, но страдают от быстрого износа. Новое исследование показало, что добавка к электролиту под названием сукцинонитрил (CN4) для улучшения стабильности и срока службы на самом деле является ключевой причиной ухудшения производительности аккумуляторов с высоким содержанием никеля, пишет Tech Xplore.
Как объясняют в издании, в аккумуляторе электричество генерируется, когда ионы лития движутся между катодом и анодом. Небольшое количество CN₄ добавляется в электролит для облегчения движения лития. Используя компьютерные расчеты, ученые подтвердили, что CN₄ чрезмерно прочно связывается с ионами никеля на поверхности катода с высоким содержанием никеля.
Исследователи отмечают, что структура нитрила имеет крючкообразную форму, где углерод и азот связаны тройной связью, что обеспечивает его хорошую адгезию к ионам металлов. Эта прочная связь разрушает защитный двойной электрический слой (ДЭС), который должен образовываться на поверхности катода. В процессе зарядки и разрядки структура катода искажается, и даже электроны из катода вытягиваются на CN4, что приводит к быстрому повреждению катода.
Ионы никеля, вытекающие во время этого процесса, мигрируют через электролит к поверхности анода, где накапливаются. Этот никель действует как плохой катализатор, который ускоряет разложение электролита и приводит к потере лития, что еще больше ускоряет деградацию аккумулятора.
Таким образом ученые пришли к выводу, что CN4 фактически вызывает структурное разрушение в высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторах с высоким соотношением никеля. Основываясь на этих данных, команда планирует разработать новую добавку к электролиту, оптимизированную для катодов с высоким содержанием никеля
"Точное понимание на молекулярном уровне является важным для увеличения срока службы и стабильности аккумуляторов. Это исследование проложит путь для разработки новых добавок, которые не связываются чрезмерно с никелем, что значительно будет способствовать коммерциализации аккумуляторов высокой емкости следующего поколения", — сказал профессор Нам-Сун Чой, один из руководителей исследования.
Напомним, китайская компания GAC представила пилотную линию по производству твердотельных аккумуляторов, которые могут удвоить запас хода электрокаров.
Фокус также сообщал, что ученый из Исследовательского центра FSCN разработал устойчивый метод изготовления кремния, пригодного для аккумуляторов следующего поколения.