محققان موسسه فناوری آلمان کارلسروهه (KIT) مقاله ای در Nature Communications منتشر کرد که مکانیسم تخریب کاتد در باتری های لیتیوم یون پر انرژی را توضیح داد. این تحقیق به عنوان بخشی از توسعه باتری هایی با ظرفیت و کارایی افزایش یافته انجام شد. بدون درک دقیق فرآیندهای تخریب کاتد، افزایش موفقیت آمیز ظرفیت باتری ها با بالاترین راندمان غیرممکن است که برای توسعه وسایل نقلیه الکتریکی ضروری است. دانشمندان مطمئن هستند که دانش به دست آمده اجازه می دهد تا ظرفیت باتری های لیتیوم یونی تا 30 درصد افزایش یابد.
باتری های با کارایی بالا برای خودرو و سایر کاربردها به ساختار کاتدی متفاوتی نیاز دارند. در باتری‌های لیتیوم یونی مدرن، کاتد ساختاری چند لایه از اکسیدها با نسبت‌های مختلف نیکل، منگنز و کبالت است. باتری های پرانرژی به کاتدهای غنی شده با منگنز با لیتیوم اضافی نیاز دارند که توانایی ذخیره انرژی در واحد حجم/ جرم ماده کاتد را افزایش می دهد. اما چنین موادی در معرض تخریب سریع قرار گرفتند.
در حین کار عادی، هنگامی که کاتد غنی می شود یا یون های لیتیوم را از دست می دهد، مواد کاتد با انرژی بالا از بین می روند. پس از مدت زمان معینی، اکسید لایه ای به یک ساختار کریستالی با خواص الکتروشیمیایی بسیار نامطلوب تبدیل می شود. این قبلاً در مراحل اولیه عملکرد باتری رخ می دهد که منجر به کاهش سریع میانگین مقادیر شارژ و دشارژ می شود.
در یک سری آزمایش، دانشمندان آلمانی دریافتند که تخریب مستقیماً اتفاق نمی‌افتد، بلکه به‌طور غیرمستقیم از طریق تشکیل واکنش‌های غیرقابل تعیین با تشکیل نمک‌های جامد حاوی لیتیوم رخ می‌دهد. علاوه بر این، به نظر می رسد که اکسیژن نقش مهمی در واکنش ها بازی می کند. محققان همچنین توانستند نتایج جدیدی در مورد فرآیندهای شیمیایی در باتری‌های لیتیوم یون به دست آورند که ممکن است منجر به تخریب کاتد نشود. با استفاده از نتایج به دست آمده، دانشمندان امیدوارند که تخریب کاتد را به حداقل برسانند و در نهایت نوع جدیدی از باتری با ظرفیت افزایش یافته را توسعه دهند.
منبع: 3dnews.ru