Литиевые аккумуляторы прослужат "веками": ученые нанесли специальное покрытие
Китайские исследователи разработали двухслойное покрытие, которое может повысить долговечность литий-ионных аккумуляторов высокой емкости, решая проблемы, связанные с катодами с высоким содержанием лития.
Новое двухслойное покрытие защищает катоды с высоким содержанием лития, продлевая срок службы аккумуляторов и повышая производительность для технологий чистой энергии, пишет interestingengineering.com.
Разработка LiF@spinel исследователей из Хэбэйского университета и Университета Лунъянь объединяет два защитных слоя для предотвращения повреждения поверхности и повышения производительности при циклировании. Таким образом ученые сделали батареи стабильными.
Слоистые оксиды с высоким содержанием лития (LRMO) привлекли внимание своей высокой емкостью и экономичностью. Однако выделение кислорода при высоких напряжениях, разрушение структуры и коррозия вследствие пробоя электролита ограничивают их применение. Эти проблемы приводят к снижению напряжения и потере металла, что сокращает срок службы аккумулятора.
Были протестированы различные стратегии нанесения покрытий, но многие из них блокируют транспорт ионов или отслаиваются после многократного использования. По словам исследователей, подход LiF@spinel сочетает в себе шпинельный буфер для быстрого движения ионов с внешним слоем LiF, который блокирует коррозионное воздействие.
Покрытие было создано с использованием метода реконструкции in situ. Слой шпинели, сформированный непосредственно на поверхности катода, создает трехмерную сеть для транспорта литий-ионов. Сверху находился экран из LiF, химически связанный с Ni-F-анкерами, защищавший электрод от воздействия электролита.
Просвечивающая электронная микроскопия и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия подтвердили полную интеграцию двух слоев.
Испытания показали хорошие результаты. При 2°C катод с покрытием сохранил 81,5% своей емкости после 150 циклов по сравнению с 63,2% у образца без покрытия. Даже при сверхбыстром циклировании при 5°C конструкция с двумя оболочками сохранила более 80% своей емкости. Результаты электрохимического импеданса показали более низкое сопротивление, более быстрый поток ионов и меньшее количество коррозионных побочных продуктов.
Исследователи заявили, что это достижение может ускорить внедрение электромобилей с большим запасом хода, продлить срок службы портативной электроники и усовершенствовать системы накопления возобновляемой энергии.
Поскольку конструкция LiF@spinel может быть адаптирована к другим нестабильным электродным материалам, этот подход может также способствовать более широкому развитию технологий накопления энергии.
Нестабильность катода, разрушение электролита и постепенное снижение емкости сокращают срок службы. Также батареи подвержены таким рискам, как перегрев и возгорание. Кроме того, зависимость от дефицитных металлов вроде кобальта и никеля повышает стоимость и вызывает проблемы с цепочкой поставок.
Эти ограничения стимулируют исследования в области более безопасных конструкций с более высокой емкостью, которые могут обеспечить длительный срок службы и улучшенную производительность аккумуляторов.
Ране мы сообщали, что трюк Гарри Поттера помог сделать аккумуляторы лучше: что придумали ученые. Исследователи из Массачусетского технологического института разработали новый "самоорганизующийся" материал для переработки аккумуляторов электромобилей.