Источник изображения: Argonne National Laboratory, Mark Lopez
Американские ученые совершили прорыв в области аккумуляторных технологий, раскрыв механизм деградации литий-ионных батарей, с помощью которых можно создавать более компактные, легкие и доступные по цене батареи без ущерба для их производительности на протяжении всего срока службы.
Результаты исследования, проведенного при участии специалистов Argonne National Laboratory (ANL) и опубликованного 13 сентября, подробно описывают механизм, ответственный за постепенную деградацию литий-ионных аккумуляторов. В основе открытия лежит применение передовых рентгеновских технологий, доступных в ANL, в частности, на установке Advanced Photon Source, и сочетание рентгеновской дифракции и электрохимических методов позволило ученым заглянуть внутрь работающего аккумулятора на молекулярном уровне.
Литий-ионные аккумуляторы, используемые в смартфонах, электромобилях и других устройствах, печально известны своей ограниченной долговечностью. Со временем их способность удерживать заряд неуклонно снижается, что в конечном итоге приводит к полной потере работоспособности. «Саморазряд – это явление, с которым сталкиваются все перезаряжаемые электрохимические устройства, – объясняет Чжонхай Чен (Zonghai Chen), старший химик ANL. – Этот процесс медленно расходует ценные функциональные материалы батареи и приводит к отложению нежелательных побочных продуктов на поверхности ее компонентов. Это ведет к постоянному снижению производительности аккумулятора».
Используя высокотехнологичное оборудование, исследователи смогли восполнить пробел в существующих знаниях, получив недоступное ранее представление о работе литий-ионного аккумулятора на молекулярном уровне. Это позволило им идентифицировать конкретный процесс, ответственный за деградацию – катодную гидрогенизацию. «Катодная гидрогенизация – это динамический перенос протонов и электронов из растворителя электролита в высокозаряженные слоистые оксиды катода», – поясняет Чен. Эта химическая реакция приводит к постепенному разрушению структуры катода и снижению емкости аккумулятора.
Открытие механизма катодной гидрогенизации открывает новые возможности для борьбы с неработоспособностью литий-ионных аккумуляторов. «Смягчая саморазряд, мы можем разработать меньшие, более легкие и дешевые аккумуляторы без ущерба для их производительности в конце срока службы», – уверен Чен.
