Нарушение атомной структуры улучшило катод литий-ионной батареи

Учёные из Ханбатского национального университета (Южная Корея) создали катод для литий-ионных батарей с намеренно нарушенной атомной структурой

Катоды с избытком лития могут хранить больше энергии, чем используемые сейчас материалы, — это позволит увеличить время работы гаджетов и электромобилей без подзарядки. Но у них есть проблема: при зарядке и разрядке ионы переходных металлов (никеля и марганца) смещаются и мешают движению ионов лития, из-за чего батарея со временем теряет производительность.

Исследователи взяли материал из лития, никеля, марганца и кислорода (Li1.2Ni0.4Mn0.4O2), в котором нет дорогого кобальта. Чтобы перемешать его атомы, они применили высокоэнергетическое шаровое измельчение: порошок интенсивно перемалывают в мельнице с шарами, и упорядоченное расположение ионов металлов разрушается. В итоге ионы лития и переходных металлов оказались распределены более хаотично.

Сравнение упорядоченного и неупорядоченного материалов показало, что второй заряжается и разряжается более равномерно, обладает большей ёмкостью и лучше работает при высоких токах. После 50 циклов зарядки он сохранил около 90% первоначальной ёмкости без снижения напряжения.

Теоретический и вычислительный анализ показал, что случайное расположение атомов отделяет движение ионов лития от вредного перемещения ионов переходных металлов: литий по-прежнему движется по связанным каналам, а ионы металлов остаются на месте и не блокируют пути движения.

По словам профессора Кёджина Ку, такой подход может приблизить коммерческое использование катодов с избытком лития и привести к созданию более долговечных батарей для электромобилей и систем хранения энергии.

Ранее по теме: Учёные МФТИ научились программировать свойства материалов на уровне структуры

Источник: EurekAlert!