Специалисты из Колумбийского университета предложили новый способ повышения энергоемкости литий-ионных батарей. Методика может привести к увеличению срока службы аккумуляторов электромобилей и портативных устройств.
Автором предложения является доцент Юань Янг, сообщает eurekalert.org. Он разработал трехслойную структуру, остающуюся стабильной даже на открытом воздухе. Это позволяет продлить срок службы аккумулятора и удешевить его производство. Методика, способная повысить энергоемкость литий-ионных батарей на 10-30%, описана в Nano Letters.
«На первом цикле зарядки такие изделия теряют около 5-20% энергии, — объясняет Янг. – Благодаря нашему дизайну ее можно вернуть. Думаю, методика имеет большой потенциал в продлении срока службы аккумуляторов портативной электроники и электрокаров».
Ухудшение происходит из-за того, что часть жидкого электролита переходит в твердую фазу, покрывая катод. Процесс является необратимым и уменьшает объем энергии, который аккумулятор может хранить. В современных катодах потери составляют около 10%, но у изделий нового поколения они способны достичь 20-30% из-за площади поверхности и других характеристик.
Проблема традиционно решается добавлением в электрод богатых литием материалов. Однако, большинство из них нестабильны на воздухе; для производства приходится соблюдать условия нулевой влажности, что повышает стоимость процесса. Трехслойная структура Янга избавляет от этой потребности. Автор защитил литий полимером полиметилметакрилатом, чтобы тот не реагировал с воздухом или влагой. ПММА был растворен в электролите. Верхний слой состоит из активных материалов вроде наночастиц искусственного графита или кремния.
«Так мы полностью избежали контакта с воздухом нестабильного лития и литированного электрода», — объяснил Янг.
Структура уменьшила потери в современных катодах с 8% до 0,3%. У кремниевых электродов они сократились с 13% до -15%. Последнее означает наличие избытка лития, который может использоваться для увеличения срока службы батареи в будущем.