Активность

Учёные из Хэбэйского университета и Лунъянского университета представили новую стратегию защиты катодов для литий-ионных аккумуляторов. Их разработка — двухслойное покрытие LiF@spinel — обещает решить одну из главных проблем высокоёмких батарей: нестабильность литий-обогащённых катодов, которая приводит к быстрому падению напряжения и сокращению срока службы. Литий-ионные батареи лежат в основе современных электромобилей, смартфонов и систем накопления энергии. Они лёгкие, перезаряжаемые и обладают высокой плотностью энергии. Но катоды из литий-обогащённых оксидов (LRMO), несмотря на их ёмкость и низкую стоимость по сравнению с никель- или кобальтсодержащими материалами, страдают от разложения электролита, выделения кислорода на высоких напряжениях и структурных разрушений. Всё это ограничивает их использование. Ранее пытались применять защитные покрытия, но многие из них либо мешали прохождению ионов, либо отслаивались после нескольких циклов. Новый подход объединяет буферный слой шпинели, который обеспечивает быструю транспортировку ионов, с внешним слоем LiF, блокирующим агрессивное воздействие электролита. Для надёжного соединения внешнего слоя использованы химические связи через якоря Ni–F. Созданное покрытие формировалось методом in situ-реконструкции: сначала на поверхности катода образовалась трёхмерная шпинельная сеть, а сверху закрепился защитный слой LiF. Электронная микроскопия и рентгенофотоэлектронная спектроскопия подтвердили, что слои легли равномерно и без разрывов. Испытания показали впечатляющие результаты. При токе 2С катод с защитой сохранил 81,5% своей ёмкости после 150 циклов, тогда как без покрытия этот показатель составил лишь 63,2%. При ещё более жёстких условиях, на 5С, двухслойная структура удержала более 80% ёмкости. Электрохимические измерения зафиксировали снижение сопротивления, ускоренный транспорт ионов и меньшее количество побочных продуктов коррозии. Авторы подчеркивают, что их метод можно адаптировать и для других нестабильных электродных материалов, а значит, он имеет потенциал не только для электромобилей , но и для портативной электроники и систем накопления возобновляемой энергии. Более стабильные и энергоёмкие аккумуляторы позволят увеличить запас хода машин, продлить срок службы гаджетов и повысить надёжность энергосетей, использующих возобновляемые источники. Работа поддержана рядом фондов, включая проект научных исследований Департамента образования провинции Хэбэй, Междисциплинарную программу исследований университета Хэбэй, Национальный фонд естественных наук Китая, а также инициативы по развитию науки и технологий на региональном уровне.

Чуть перегрелся