Літієві акумулятори прослужать "століттями": вчені нанесли спеціальне покриття
Китайські дослідники розробили двошарове покриття, яке може підвищити довговічність літій-іонних акумуляторів високої ємності, вирішуючи проблеми, пов'язані з катодами з високим вмістом літію.
Нове двошарове покриття захищає катоди з високим вмістом літію, продовжуючи термін служби акумуляторів і підвищуючи продуктивність для технологій чистої енергії, пише interestingengineering.com.
Розробка LiF@spinel дослідників з Хебейського університету та Університету Лун'янь об'єднує два захисні шари для запобігання пошкодженню поверхні та підвищення продуктивності під час циклювання. Таким чином вчені зробили батареї стабільними.
Шаруваті оксиди з високим вмістом літію (LRMO) привернули увагу своєю високою ємністю та економічністю. Однак виділення кисню під час високих напруг, руйнування структури і корозія внаслідок пробою електроліту обмежують їх застосування. Ці проблеми призводять до зниження напруги і втрати металу, що скорочує термін служби акумулятора.
Були протестовані різні стратегії нанесення покриттів, але багато з них блокують транспорт іонів або відшаровуються після багаторазового використання. За словами дослідників, підхід LiF@spinel поєднує в собі шпінельний буфер для швидкого руху іонів із зовнішнім шаром LiF, який блокує корозійний вплив.
Покриття було створено з використанням методу реконструкції in situ. Шар шпінелі, сформований безпосередньо на поверхні катода, створює тривимірну мережу для транспорту літій-іонів. Зверху знаходився екран з LiF, хімічно пов'язаний з Ni-F-анкерами, що захищав електрод від впливу електроліту.
Просвічувальна електронна мікроскопія і рентгенівська фотоелектронна спектроскопія підтвердили повну інтеграцію двох шарів.
Випробування показали хороші результати. При 2°C катод з покриттям зберіг 81,5% своєї ємності після 150 циклів порівняно з 63,2% у зразка без покриття. Навіть за надшвидкого циклування за 5°C конструкція з двома оболонками зберегла понад 80% своєї ємності. Результати електрохімічного імпедансу показали нижчий опір, швидший потік іонів і меншу кількість корозійних побічних продуктів.
Дослідники заявили, що це досягнення може прискорити впровадження електромобілів із великим запасом ходу, подовжити термін служби портативної електроніки та вдосконалити системи накопичення відновлюваної енергії.
Оскільки конструкція LiF@spinel може бути адаптована до інших нестабільних електродних матеріалів, цей підхід може також сприяти більш широкому розвитку технологій накопичення енергії.
Нестабільність катода, руйнування електроліту і поступове зниження ємності скорочують термін служби. Також батареї схильні до таких ризиків, як перегрів і загоряння. Крім того, залежність від дефіцитних металів на кшталт кобальту і нікелю підвищує вартість і викликає проблеми з ланцюжком поставок.
Ці обмеження стимулюють дослідження в галузі безпечніших конструкцій з вищою ємністю, які можуть забезпечити тривалий термін служби і поліпшену продуктивність акумуляторів.
Раніше ми повідомляли, що трюк Гаррі Поттера допоміг зробити акумулятори кращими: що придумали вчені. Дослідники з Массачусетського технологічного інституту розробили новий матеріал, що "самоорганізується", для переробки акумуляторів електромобілів.