Как продлить срок службы литий-ионных батарей в 2 раза? Ученые нашли способ
Команда исследователей под руководством профессора Чихена Хона из Института передовых технологий POSTECH разработала инновационный метод, значительно продлевающий срок службы литий-ионных батарей. В своей работе ученые представили стратегию повышения устойчивости литий-обогащенного слоистого оксида (LLO) — перспективного материала для катодов следующего поколения.
Литий-ионные батареи сегодня являются неотъемлемой частью систем накопления энергии для электромобилей и других устройств. Материал LLO привлекает внимание благодаря энергоемкости, которая на 20% выше, чем у традиционных никелевых катодов. Такой эффект достигается за счет увеличения содержания лития и марганца при одновременном снижении доли никеля и кобальта. Кроме того, LLO считается более экономичной и экологичной альтернативой. Однако его широкое применение сдерживают проблемы: снижение емкости и падение напряжения после множества циклов зарядки и разрядки.
Хотя ранее эксперты связывали эти проблемы с изменениями в структуре катода, их точные причины оставались неясными. Более того, существующие подходы к стабилизации структуры LLO не решали проблемы в корне, что мешало материалу выйти на коммерческий уровень.
Группа специалистов из POSTECH сосредоточилась на изучении роли выделения кислорода в процессе зарядки и разрядки, которое дестабилизирует структуру LLO. Они предположили, что улучшение химической стабильности интерфейса между катодом и электролитом может предотвратить выброс кислорода. Основываясь на этой гипотезе, исследователи модифицировали состав электролита, что позволило значительно снизить выделение кислорода.
Их новый электролит продемонстрировал впечатляющие результаты: после 700 циклов зарядки и разрядки батареи сохранили 84,3% энергии. Для сравнения, традиционные электролиты обеспечивают лишь 37,1% сохранения энергии уже после 300 циклов.
Ученые также выявили, что изменения структуры поверхности материала LLO существенно влияют на его стабильность. Устраняя эти структурные изменения, команда смогла не только продлить срок службы катода, но и минимизировать побочные реакции, такие как разложение электролита внутри батареи.
Профессор Чихен Хон подчеркнул важность новых открытий: «С использованием синхротронного излучения мы смогли проанализировать химические и структурные различия между поверхностью и внутренними слоями катодных частиц. Это показало, что стабильность поверхности катода играет ключевую роль в общей структурной целостности и производительности материала. Мы надеемся, что это исследование откроет новые пути для разработки катодов следующего поколения».
Тем временем российские ученые разработали перспективный материал для аккумуляторов нового поколения.
