673886040@qq.com
Этот подход с двойной модификацией может сделать литий-ионные аккумуляторы лучше и дешевле.
Группа исследователей из Восточно-китайского университета науки и технологий (ECUST) нашла способ сделать литий-ионные аккумуляторы дешевле и лучше. Они разработали уникальную стратегию, позволяющую повысить стабильность катода с высоким содержанием никеля в литий-ионных батареях.Литий-ионные аккумуляторы состоят из четырех основных компонентов; катод, электролит, сепаратор и анод. Катод и анод в батарее покрыты специальными материалами для повышения их стабильности, проводимости и плотности энергии. Считается, что покрытие катода слоем, богатым никелем, может привести к созданию более совершенных высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторов.
Исследователи предполагают, что такие аккумуляторы будут иметь лучшие электрохимические характеристики и будут стоить меньше, чем используемые в настоящее время литий-ионные аккумуляторы. Однако катоды с никелевым покрытием очень нестабильны и приводят к значительному снижению емкости батареи в долгосрочной перспективе.
«На данный момент использование литий-ионных аккумуляторов в основном сдерживается ограниченной удельной емкостью их катодного материала. Слоистые катоды с высоким содержанием никеля всегда страдают от быстрого снижения емкости из-за структурной и межфазной нестабильности, возникающей при длительной эксплуатации», — отмечают исследователи.
Недавно предложенная стратегия может решить эту проблему.
Повышение стабильности катодов с высоким содержанием никеля
Настоящее исследование — не первая попытка заставить работать катоды с высоким содержанием никеля. Поскольку высокопроизводительные литий-ионные аккумуляторы пользуются большим спросом в связи с быстрорастущим рынком электромобилей, ученые уже некоторое время пытаются решить проблемы со стабильностью. Однако большинство таких усилий было сосредоточено либо на поверхностном покрытии, либо на легировании элементов.
Авторы исследования считают, что таких однонаправленных методов недостаточно для преодоления «структурной и межфазной нестабильности» катодов с высоким содержанием никеля. 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 сокращению 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 (LiYO2). Эта двойная модификация достигается за счет метода спекания, при котором применяются 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 тесты показали, что модифицированный катод был структурно стабильным и лучше сохранял емкость батареи, чем обычный катод. После 100 и 500 циклов зарядки двойной модифицированный катод сохранил емкость 96,3% и 86,8% соответственно.
Время испытать катод в экстремальных условиях。
Если вы до сих пор не смогли полностью понять этот одноэтапный 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 ответственны за рассеивающую способность литий-ионных аккумуляторов.
Теперь исследователи планируют проверить производительность своего двойного модифицированного катода в сложных условиях. «Будет изучена стабильность в чрезвычайно суровых условиях, чтобы обеспечить безопасность материала и облегчить его коммерческое применение», — сказал 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.
Исследование опубликовано в журнале Particuology.
