Saksan Karlsruhen teknologiainstituutin (KIT) tutkijat julkaisi artikkelin Nature Communicationsissa, joka selitti katodin hajoamismekanismin korkean energian litiumioniakuissa. Tutkimus tehtiin osana tehostettujen akkujen kehitystä. Ilman tarkkaa ymmärrystä katodin hajoamisprosesseista on mahdotonta onnistuneesti lisätä akkujen kapasiteettia korkeimmalla hyötysuhteella, mikä on välttämätöntä sähköajoneuvojen kehittämisessä. Tutkijat uskovat, että saadun tiedon avulla litiumioniakkujen kapasiteettia voidaan lisätä 30%.
Suorituskykyiset akut autoissa ja muissa sovelluksissa vaativat erilaisen katodirakenteen. Nykyaikaisissa litiumioniakuissa katodi on monikerroksinen oksidirakenne, jossa nikkelin, mangaanin ja koboltin suhteet vaihtelevat. Korkean energian akut vaativat mangaanilla rikastettuja katodeja, joissa on ylimääräistä litiumia, mikä lisää kykyä varastoida energiaa katodimateriaalin tilavuusyksikköä/massaa kohti. Mutta tällaiset materiaalit hajosivat nopeasti.
Normaalin toiminnan aikana, kun katodi rikastuu tai menettää litiumioneja, korkeaenerginen katodimateriaali tuhoutuu. Tietyn ajan kuluttua kerrostunut oksidi muuttuu kiteiseksi rakenteeksi, jolla on erittäin epäedulliset sähkökemialliset ominaisuudet. Tämä tapahtuu jo akun toiminnan alkuvaiheessa, mikä johtaa nopeaan keskimääräisen lataus- ja purkausarvojen laskuun.
Sarjassa kokeita saksalaiset tutkijat havaitsivat, että hajoaminen ei tapahdu suoraan, vaan epäsuorasti vaikeasti määritettävien reaktioiden muodostumisen kautta kiinteiden litiumia sisältävien suolojen muodostumisen kautta. Lisäksi hapella näyttää olevan tärkeä rooli reaktioissa. Tutkijat pystyivät myös tekemään uusia johtopäätöksiä kemiallisista prosesseista litiumioniakuissa, jotka eivät välttämättä johda katodin hajoamiseen. Saatujen tulosten perusteella tutkijat toivovat minimoitavansa katodin hajoamisen ja kehittävänsä lopulta uudentyyppisen akun, jonka kapasiteetti on suurempi.
Lähde: 3dnews.ru