Ученые из Сколковского института науки и технологий (Сколтех) запатентовали катодные материалы для литий-ионных аккумуляторов, созданные на основе слоистых оксидов переходных металлов с повышенным содержанием никеля. Новый материал, полученный с помощью гидротермальной обработки и микроволнового излучения, прослужит примерно на 10 % дольше, чем доступные на рынке аналоги. Результаты опубликованы в Journal of Power Sources.
На первом этапе ученые получили несколько прекурсоров — промежуточных веществ, которые были необходимы для проведения исследования. Первым из них стал гидроксидный прекурсор, где на атомном уровне были смешаны катионы никеля, марганца и кобальта. Ученые смешали это вещество с водным раствором мочевины и источника кобальта и разместили в гидротермальный микроволновый реактор, где смесь обрабатывалась в течение 15 минут. В результате получился прекурсор, равномерно покрытый кобальт-обогащенной оболочкой. На завершающей стадии прекурсор смешивался с источником лития и подвергался термообработке при высоких температурах. Это позволило существенно сократить время в сравнении с методом совместного осаждения (вливания растворов солей в осадитель), который занимает более 12 часов.
«Мы используем гидротермальную микроволновую обработку для того, чтобы покрыть поверхность сферических частиц прекурсора катодного материала тонким слоем гидроксида кобальта. Впоследствии, при его высокотемпературном литировании, происходит образование градиента концентрации в приповерхностном слое и формирование уникальной морфологии — первичные частицы расположены в агломерате радиально, а не случайно, как в случае с другими доступными на рынке материалами», — цитирует Сколтех Александра Савина, старшего научного сотрудника Центра энергетических технологий.
Согласно расчетам авторов, новый материал может увеличить продолжительность работы литий-ионного аккумулятора примерно на 10 %. Другим преимуществом является возможность повысить энергоемкость батареи. Сейчас в Сколтехе выпускаются прототипы литий-ионных ячеек с удельной энергоемкостью в 250 ватт-часов на килограмм (Втч/кг), тогда как при переходе на новый катодный материал этот показатель можно увеличить до 300 Втч/кг. Это, в конечном счете, будет обеспечивать рост эффективности накопителей энергии.
