Forskere fra German Institute of Technology Karlsruhe (KIT) publicerede en artikel i Nature Communications, der forklarede mekanismen for katodenedbrydning i højenergi-lithium-ion-batterier. Forskningen er udført som led i udviklingen af batterier med øget kapacitet og effektivitet. Uden en nøjagtig forståelse af katodenedbrydningsprocesser er det umuligt med succes at øge kapaciteten af batterier med den højeste effektivitet, hvilket er nødvendigt for udviklingen af elektriske køretøjer. Forskere er overbeviste om, at den opnåede viden vil gøre det muligt at øge kapaciteten af lithium-ion-batterier med 30 %.
Højtydende batterier til biler og andre applikationer kræver en anden katodestruktur. I moderne lithium-ion-batterier er katoden en flerlagsstruktur af oxider med varierende forhold mellem nikkel, mangan og kobolt. Højenergibatterier kræver manganberigede katoder med overskydende lithium, hvilket øger evnen til at lagre energi pr. volumenhed/masse katodemateriale. Men sådanne materialer var udsat for hurtig nedbrydning.
Under normal drift, når katoden bliver beriget eller mister lithium-ioner, ødelægges højenergikatodematerialet. Efter en vis tid bliver det lagdelte oxid til en krystallinsk struktur med ekstremt ugunstige elektrokemiske egenskaber. Dette sker allerede i de tidlige stadier af batteridrift, hvilket fører til et hurtigt fald i de gennemsnitlige opladnings- og afladningsværdier.
I en række eksperimenter fandt tyske videnskabsmænd ud af, at nedbrydning ikke sker direkte, men indirekte gennem dannelsen af svære at bestemme reaktioner med dannelsen af faste lithiumholdige salte. Derudover ser ilt ud til at spille en vigtig rolle i reaktionerne. Forskerne var også i stand til at drage nye konklusioner om kemiske processer i lithium-ion-batterier, der muligvis ikke fører til katodenedbrydning. Ved at bruge de opnåede resultater håber forskerne at minimere katodenedbrydning og i sidste ende udvikle en ny type batteri med øget kapacitet.
Kilde: 3dnews.ru