Вирішили важливу проблему: вчені придумали, як зробити літій-іонні батареї ефективнішими

Дослідницька група з Інституту Пауля Шеррера (PSI) розробила новий процес, який може підвищити ефективність літій-іонних акумуляторів. Про це пише Tech Xplore.

Як зазначають у виданні, вчені в усьому світі працюють над поліпшенням продуктивності літій-іонних батарей, зокрема, за рахунок збільшення щільності енергії. Один зі способів домогтися цього — збільшити робочу напругу.

"Якщо напруга збільшується, щільність енергії також збільшується", — зазначив Маріо Ель Каззі з Центру енергетики та наук про навколишнє середовище PSI.

Проблема полягає в тому, що за робочих напруг вище 4,3 В відбуваються хімічні та електрохімічні процеси деградації на переході між катодом (позитивним полюсом) і електролітом (провідним середовищем). Поверхня катодних матеріалів серйозно пошкоджується через виділення кисню, розчинення перехідних металів і структурної перебудови, що призводить до зниження ємності батареї.

Через це явище комерційні акумулятори, зокрема для електромобілів, досі працювали лише за максимальної напруги 4,3 В. Щоб вирішити цю проблему, Ель Каззі та його колеги розробили метод стабілізації поверхні катода, покриваючи її тонким, рівномірним захисним шаром.

Новий метод заснований на трифторметані — газі, який є побічним продуктом виробництва пластиків, таких як ПТФЕ, ПВДФ і піна. У лабораторії вчені запустили реакцію за температури 300°C між трифторметаном і тонким шаром карбонату літію, що покриває поверхню катодів. У результаті літій на межі розділу фаз перетворюється на фторид літію.

Дослідники перевірили ефективність захисного покриття, провівши електрохімічні випробування за високих робочих напруг. За підсумком захисне покриття залишалося стабільним навіть при високих напругах. Воно захищає матеріал катода настільки добре, що можна працювати при напругах 4,5 і навіть 4,8 В.

Порівняно з батареями з незахищеними катодами, покриті батареї показали себе значно краще за всіма важливими параметрами. Так, збереження ємності поліпшеного акумулятора становило понад 94% після 100 циклів заряджання та розряджання без зниження швидкості заряджання, в той час як необроблений акумулятор досяг лише 80%. Крім того, опір для іонів літію на межі розділу катодів, після 100 циклів заряджання і розряджання, був приблизно на 30 % нижчим, ніж у батареях із необробленими катодами.

"Ми можемо припустити, що наше захисне покриття з фториду літію універсальне і може використовуватися з більшістю катодних матеріалів. Наприклад, воно також працює з високовольтними батареями з високим вмістом нікелю і літію", — заявив Ель Каззі.

Нагадаємо, команда вчених під керівництвом професора Чон-Сунг Ю з Департаменту енергетичних наук і техніки DGIST розробила інноваційну технологію, яка дає змогу значно підвищити швидкість зарядки літій-сірчаних акумуляторів.

Також повідомлялося, що дослідницька група з Відділу енергетики та екологічних технологій DGIST (президент Кунву Лі) розробила літій-металевий акумулятор, що вирізняється підвищеною пожежобезпечністю і збільшеним терміном служби.