Ученые нашли способ повысить эффективность и долговечность литий-ионных аккумуляторов

• | Печать |

Международная группа исследователей, в состав которой вошли ученые из Сколтеха, придумали, как изменить кристаллическую структуру катода литий-ионного аккумулятора, чтобы значительно повысить его эффективность и срок службы без ущерба для безопасности, сообщила пресс-служба Сколтеха. Исследование ученых опубликовано в журнале Nature Materials, а его результаты могут оказаться очень важными для современной электроники, использующей литий-ионные аккумуляторы.
«В нашей работе мы показали, как можно использовать емкость литий-ионного аккумулятора, не боясь взрывов, возгораний и деградации материалов», - объяснил один из авторов работы, профессор Центра Сколтеха по электрохимическому хранению энергии, Артем Абакумов.
Основные характеристики литий-ионных аккумуляторов
Литий-ионные батареи - это основные источники энергии для современной портативной электроники, которые используются в большинстве мобильных телефонов, фотоаппаратов и ноутбуков. Переносчиками заряда в таких аккумуляторах служат ионы лития: когда батарея разряжается, они покидают катод - отрицательный электрод батареи, а когда заряжается, тогда ионы лития заходят в катод обратно. Типичным материалом катода для современных литий-ионных аккумуляторов служит слоистый смешанный оксид кобальта и лития.
Две основные характеристики литий-ионного аккумулятора - это число циклов перезарядки и ем-кость, то есть количество лития, по-кидающего кристаллическую решетку смешанного оксида во время заряда и возвращающегося назад при заряде. Обычно из катода уходит не больше 60% ионов лития, а увеличение этой характеристики приводит к опасности взрыва и возгорания аккумулятора, так как после выхода лития атомы кислорода в составе смешанного оксида могут начать взаимодействовать с растворителем, в который погружен катод, а эта реакция сопровождается обильным выделением тепла.
Количество циклов перезарядки аккумулятора тоже сильно ограничено его структурой: когда литий покидает свои позиции в катоде, на его место мигрируют ионы кобальта, в результате часть лития уже не может вернуться обратно, а емкость батареи постепенно падает.

Новая структура литий-ионных аккумуляторов

В новой работе ученые предложили способ, с помощью которого можно справиться с этими проблемами. Классический катод литийионного аккумулятора имеет слоистую структуру, где слои лития перемежаются со слоями кислорода и переходного металла (это может быть кобальт или другой металл). Такое строение материала способствует миграции ионов переходного металла и поэтому ученые предложили принципиально иную кристаллическую структуру катодного материала.
В новой структуре слои сдвинуты относительно друг друга, вместо слоистой структуры материал приобретает каркасное строение. Оказалось, что такие катоды работают намного стабильнее: энергия в них практически не теряется с каждым циклом перезарядки, а новая структура позволяет извлекать из катода при зарядке практически весь ли-тий без риска возгорания.
В работе в качестве модельного объекта использовались соединение лития с оксидом иридия - слишком дорогой материал для массового производства. Поэтому в будущем ученые планируют продолжить свои исследования и найти более распространенный и дешевый металл на замену иридия в составе каркасной структуры катодного материала.

ТАСС

• < Работодатель несет ответственность за невыплату зарплаты
• Переводить пенсионные накопления от одного страховщика к другому чаще одного раза в пять лет невыгодно >