Исследователи выясняют, как увеличить срок службы литий-ионных аккумуляторов

  

23 Август 2022 | Электротранспорт

Время на прочтение: 2 минут(ы)

Исследователи из Корейского института науки и технологий Кванджу разработали метод укрепления анодов литий-ионных аккумуляторов, что делает их более устойчивыми к изменениям объема.

В статье, опубликованной в журнале Materials Chemistry A, ученые объясняют, что изменения объема анода вызваны многократными циклами заряда и разряда, которые разрушают электрические контакты. Конечным результатом таких изменений является сокращение как емкости, так и срока службы батареи.

Что происходит с батарей во время зарядки
Во время зарядки ионы лития перемещаются с катода и соединяются с наночастицами в аноде. Во время разряда ионы лития перемещаются обратно к катоду. Со временем наночастицы в аноде растрескиваются и собираются вместе на границе раздела электрод-электролит. Это приводит к уменьшению количества заряда, которое анод может накапливать или передавать.

Метод, разработанный корейскими исследователями, решает эти проблемы путем инкапсуляции* наночастиц в эластичную сетчатую структуру.

Чтобы продемонстрировать свой подход, команда использовала обычный анод, содержащий наночастицы кремния, удерживаемые вместе полимерным (поливинилиденфторидным) связующим. Чтобы приспособиться к сетчатой структуре, они удалили связующее вещество путем нагрева анода с использованием процесса отжига.

Промежуток между наночастицами затем заполняли восстановленным раствором оксида графена (rGO), который высыхал, образуя сетку, которая удерживала наночастицы кремния вместе и предотвращала их растрескивание. Кроме того, полотно обеспечивало проводящий путь для электронов, позволяя наночастицам «сообщаться» с литием.

Исследователи использовали метод, называемый “спиновым покрытием”, для покрытия поверхности анода rGO. Покрытие rGO служило затравочным слоем для нанесения защитного слоя, состоящего из оксида цинка с добавлением к нему оксидов металлов магния и галлия (MGZO).
Этот слой MGZO обеспечивал структурную стабильность анода.
После тестирования модифицированный анод смог сохранить большую часть своего заряда даже после нескольких циклов зарядки / разрядки, что потенциально может увеличить срок службы литий-ионных.

“Структура сохранила высокую емкость аккумулятора 1566 мА*ч g-1 после 500 циклов и показала 91%-ную кулоновскую эффективность, что влияет и на срок службы батареи. Это может проложить путь для электромобилей, которые позволят нам проезжать большие расстояния на одной зарядке”, — сказал Хен Чжин Ким, соавтор исследования, в заявлении для СМИ.

По словам Кима, несмотря на то, что он и его коллеги использовали кремниевый анод, предложенный ими метод применим к другим анодным материалам, таким как Sn, Sb, Al и Mg.

Nota bene

Инкапсуляция (лат. in capsula «коробочка») — размещение в оболочке, изоляция, закрытие чего-либо инородного с целью исключения влияния на окружающее. Например, поместить радиоактивные отходы в капсулу, закрыть кожухом механизм, убрать мешающее в ящик или шкаф.

---

Источник:

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d2ta01023b

 3