Новое двойное покрытие защищает катоды с высоким содержанием лития, продлевая срок службы батареи и повышая производительность технологий чистой энергии.
Репрезентативное изображение
Фотографии iStock
Исследователи из Китая разработали двухслойное покрытие, которое может сделать литий-ионные аккумуляторы большой емкости более долговечными, решив давние проблемы с катодами с высоким содержанием лития.
Разработка LiF@spinel, разработанная группой исследователей из Университета Хэбэй и Университета Лунъянь, объединяет два защитных слоя для предотвращения повреждения поверхности и повышения производительности циклов, открывая практичный путь к созданию стабильных, высокоэнергетических аккумуляторов.
Литий-ионные аккумуляторы используются в большинстве современных электромобилей, смартфонов и систем хранения энергии на основе возобновляемых источников. Они лёгкие, перезаряжаемые и обладают высокой плотностью энергии, что делает их критически важными для перехода на экологически чистую энергию. Однако эта технология сталкивается с трудностями.
Нестабильность катода, разрушение электролита и постепенное снижение ёмкости сокращают срок службы. Также остаются проблемой риски безопасности, такие как перегрев и опасность возгорания. Кроме того, зависимость от дефицитных металлов, таких как кобальт и никель, приводит к проблемам со стоимостью и цепочкой поставок.
Эти ограничения стимулируют исследования в области создания более безопасных и производительных конструкций, которые могут обеспечить более длительный жизненный цикл и улучшенную производительность.
Экранирование катодов, богатых литием
Литий-богатые слоистые оксиды (LRMO) привлекают внимание своей высокой ёмкостью и экономичностью. Однако выделение кислорода при высоких напряжениях, разрушение конструкции и коррозия вследствие пробоя электролита ограничивают их применение. Эти проблемы приводят к снижению напряжения и потере металла, что сокращает срок службы аккумулятора.
Были протестированы различные варианты покрытия, но многие из них блокируют перенос ионов или отслаиваются после многократного использования. По словам исследователей, подход LiF@spinel сочетает в себе шпинельный буфер для быстрого перемещения ионов с внешним слоем LiF, который блокирует коррозионное воздействие.
Покрытие было создано методом реконструкции in situ. Слой шпинели формировался непосредственно на поверхности катода, создавая трёхмерную сеть для переноса литий-ионов. Поверх него располагался экран из LiF, химически связанный с анкерами Ni–F, который защищал электрод от воздействия электролита.
Просвечивающая электронная микроскопия и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия подтвердили бесшовную интеграцию двух слоев.
Испытания показали отличные результаты. При температуре 2°C катод с покрытием сохранил 81,5% своей ёмкости после 150 циклов по сравнению с 63,2% для образца без покрытия. Даже при сверхбыстром циклировании при температуре 5°C конструкция с двумя оболочками сохранила более 80% своей ёмкости. Результаты электрохимического импеданса показали более низкое сопротивление, более быстрый поток ионов и меньшее количество коррозионных побочных продуктов.
Последствия для хранения энергии
Исследователи заявили, что это достижение может ускорить внедрение электромобилей с большим запасом хода, продлить срок службы портативной электроники и усовершенствовать системы хранения возобновляемой энергии.
Поскольку конструкция LiF@spinel может быть адаптирована к другим нестабильным материалам электродов, этот подход может также способствовать более широкому прогрессу в области хранения энергии.
Исследование было поддержано Научно-исследовательским проектом Департамента образования провинции Хэбэй, Междисциплинарной исследовательской программой Университета Хэбэй, Национальным фондом естественных наук Китая, Проектом развития местной науки и технологий под руководством центрального правительства провинции Хэбэй и Научно-исследовательской и инновационной группой Университета Хэбэй.
Результаты исследования опубликованы в журнале Energy Materials and Devices.
Sourse: interestingengineering.com
