Saksamaa Karlsruhe Tehnoloogiainstituudi (KIT) teadlased avaldas ajakirjas Nature Communications artikli, milles selgitati katoodide lagunemise mehhanismi suure energiatarbega liitiumioonakudes. Uuringud viidi läbi suurema mahutavuse ja efektiivsusega akude arendamise raames. Ilma katoodide lagunemisprotsesside täpse mõistmiseta on võimatu elektrisõidukite arendamiseks vajalikku kõrgeima efektiivsusega akude mahtuvust edukalt tõsta. Teadlased on kindlad, et saadud teadmised võimaldavad liitium-ioonakude mahtuvust 30% suurendada.
Suure jõudlusega akud autotööstuses ja muudes rakendustes nõuavad teistsugust katoodstruktuuri. Kaasaegsetes liitiumioonakudes on katood mitmekihiline oksiidide struktuur, mille nikli, mangaani ja koobalti vahekord on erinev. Kõrge energiaga akud nõuavad mangaaniga rikastatud katoode koos liigse liitiumiga, mis suurendab energia salvestamise võimet katoodmaterjali ruumala/massiühiku kohta. Kuid sellised materjalid lagunesid kiiresti.
Normaalse töö käigus, kui katood rikastub või kaotab liitiumioonid, hävib kõrge energiaga katoodi materjal. Teatud aja möödudes muutub kihiline oksiid kristalliliseks struktuuriks, millel on äärmiselt ebasoodsad elektrokeemilised omadused. See ilmneb juba aku töötamise varases staadiumis, mis toob kaasa keskmise laetuse ja tühjenemise väärtuste kiire languse.
Saksa teadlased leidsid mitmete katsete käigus, et lagunemine ei toimu otseselt, vaid kaudselt raskesti määratavate reaktsioonide tekke kaudu tahkete liitiumit sisaldavate soolade moodustumisega. Lisaks näib, et hapnik mängib reaktsioonides olulist rolli. Samuti suutsid teadlased teha uusi järeldusi liitium-ioonakude keemiliste protsesside kohta, mis ei pruugi viia katoodi lagunemiseni. Saadud tulemusi kasutades loodavad teadlased minimeerida katoodi lagunemist ja lõpuks välja töötada uut tüüpi suurema mahutavusega aku.
Allikas: 3dnews.ru