«Убийца аккумуляторов» оказался простой страшилкой

Вредные для аккумуляторов молекулы кислорода, обнаруженные ранее в обогащенных литием катодах, на самом деле образуются под воздействием рентгеновского излучения, которое используется для их же поиска. Такой вывод сделали ученые из Сколтеха, Университета Монпелье и Коллеж де Франс по итогам исследования, результаты которого опубликованы в журнале Nature Materials. Полученные выводы облегчат коммерциализацию батарей нового поколения.

Накопители с катодами, обогащенными литием, способны запасать примерно на 30 % больше энергии, чем их аналоги с «обычными» литий-никель-марганец-кобальт- оксидными катодами (NMC). Однако препятствием на пути внедрения таких батарей является ухудшение характеристик по мере роста числа циклов заряда и разряда. Катодный материал в процессе эксплуатации претерпевает не до конца изученные изменения, которые вызывают постепенное падение напряжения и емкости.

Среди ученых есть консенсус, что проблема связана с окислительно-восстановительными процессами с участием кислорода. Однако, что конкретно связано с атомами кислорода, непонятно, и этот пробел в теории не позволяет работать над решением проблемы.

Одна из распространенных до последнего времени гипотез звучала так: за время срока службы аккумулятора атомы кислорода, изначально встроенные в кристаллическую решетку катода, постепенно высвобождаются и образуют в порах материала молекулы O2. Поскольку молекулярный кислород почти не проявляет электрохимической активности, его накопление ухудшает характеристики аккумулятора. В пользу этой гипотезы говорило обнаружение молекул O2 в обогащенных литием катодных материалах с помощью рентгеноспектрального анализа. Однако это ставило под сомнение использование каких бы то ни было технологий, поскольку образование молекулярного кислорода — необратимый процесс, на который сложно повлиять.

Ученым из Сколтеха, Университета Монпелье и Коллеж де Франс удалось развенчать эту гипотезу по итогам серии экспериментов, проведенных в Европейском центре синхротронного излучения (ESRF). Авторы выяснили, что двухатомная молекула газообразного кислорода (O₂), которая ранее была обнаружена в катоде литий-ионного аккумулятора по спектру рентгеновского рассеяния (RIXS), образовывалась под воздействием самого рентгена.

«К счастью, после выхода нашей статьи можно сказать, что гипотеза о молекулярном кислороде в порах катодного материала остается в прошлом. Мы проанализировали данные, полученные в ходе масштабных экспериментов по рентгеновскому рассеянию, и показали, что запертые в структуре катода молекулы кислорода — те самые, которые считались причиной ухудшения характеристик, — в действительности с высокой вероятностью являются артефактом измерений. То есть они образовывались под воздействием самого́ рентгеновского излучения, с помощью которого их обнаружили», — цитирует Сколтех Дмитрия Аксенова, сотрудника Центра энергетических технологий.

Открытие значительно снижает неопределенность, которая долгое время существовала вокруг механизма окисления кислорода в катодах. Теперь область исследований по стабилизации катодного материала сужается до так называемого структурного кислорода — атомов, которые теряют электрон в процессе заряда аккумулятора. Справиться с этой задачей будет значительно легче, чем было бы с молекулярным кислородом в порах. Это делает коммерциализацию новых аккумуляторов более реалистичной.

Истории и карточки

1
Вывод КАБСов на Форуме!
форум
Обновление Форума!
Активность EL-комитета НОПСМ-1.mp4_snapshot_00.19.255
Активность EL-комитета НОПСМ
RC3d кейсы-1.mp4_snapshot_00.09.816
Вот как надо делать кабель красивым!

Рекомендуем прочесть

В ТГУ разработали инновационный метод прогнозирования разрушения металлов
Учёные Тольяттинского государственного университета (ТГУ) разработали инновационный метод прогнозирования...
Разделительная перегородка для металлических лотков — обновленный конструктив для удобного и безопасного монтажа
IEK модернизировал разделительные перегородки для металлических кабельных лотков. В новом конструктиве...
IEK GROUP ― партнер национальных проектов
IEK GROUP стала финалистом национальной премии «Наш вклад» и получила статус партнера национальных проектов...

Журнал

Читайте и скачивайте архив журнала ElektroPortal, где мы рассказываем о главных новостях и событиях рынка и интересно пишем об электротоварах

Радио Kabel.FM

Слушайте первое кабельное радио Kabel.FM на ЭлектроПортал.Ру

album-art

Прямая трансляция Kabel.FM
00:00

Не работает эфир? Переходи на резервный!