Решили важную проблему: ученые придумали, как сделать литий-ионные батареи эффективнее

Исследовательская группа из Института Пауля Шеррера (PSI) разработала новый процесс, который может повысить эффективность литий-ионных аккумуляторов. Об этом пишет Tech Xplore.

Как отмечают в издании, ученые по всему миру работают над улучшением производительности литий-ионных батарей, в том числе, за счет увеличения плотности энергии. Один из способов добиться этого — увеличить рабочее напряжение.

"Если напряжение увеличивается, плотность энергии также увеличивается", — отметил Марио Эль Каззи из Центра энергетики и наук об окружающей среде PSI.

Проблема заключается в том, что при рабочих напряжениях выше 4,3 В происходят химические и электрохимические процессы деградации на переходе между катодом (положительным полюсом) и электролитом (проводящей средой). Поверхность катодных материалов серьезно повреждается из-за выделения кислорода, растворения переходных металлов и структурной перестройки, что приводит к снижению емкости батареи.

Из-за этого явления коммерческие аккумуляторы, в частности для электромобилей, до сих пор работали только при максимальном напряжении 4,3 В. Чтобы решить эту проблему, Эль Каззи и его коллеги разработали метод стабилизации поверхности катода, покрывая ее тонким, равномерным защитным слоем.

Новый метод основан на трифторметане — газе, который является побочным продуктом производства пластиков, таких как ПТФЭ, ПВДФ и пена. В лаборатории ученые запустили реакцию при температуре 300°C между трифторметаном и тонким слоем карбоната лития, покрывающим поверхность катодов. В результате литий на границе раздела фаз превращается во фторид лития.

Исследователи проверили эффективность защитного покрытия, проведя электрохимические испытания при высоких рабочих напряжениях. По итогу защитное покрытие оставалось стабильным даже при высоких напряжениях. Оно защищает материал катода настолько хорошо, что можно работать при напряжениях 4,5 и даже 4,8 В.

По сравнению с батареями с незащищенными катодами, покрытые батареи показали себя значительно лучше по всем важным параметрам. Так, сохранение емкости улучшенного аккумулятора составило более 94% после 100 циклов зарядки и разрядки без снижения скорости зарядки, в то время как необработанный аккумулятор достиг только 80%. Кроме того, сопротивление для ионов лития на границе раздела катодов, после 100 циклов зарядки и разрядки был примерно на 30 % ниже, чем в батареях с необработанными катодами.

"Мы можем предположить, что наше защитное покрытие из фторида лития универсально и может использоваться с большинством катодных материалов. Например, оно также работает с высоковольтными батареями с высоким содержанием никеля и лития", — заявил Эль Каззи.

Также сообщалось, что исследовательская группа из Отдела энергетики и экологических технологий DGIST (президент Кунву Ли) разработала литий-металлический аккумулятор, который отличается повышенной пожаробезопасностью и увеличенным сроком службы.