Onderzoekers van het Duitse Instituut voor Technologie Karlsruhe (KIT) publiceerde een artikel in Nature Communications waarin het mechanisme van kathodedegradatie in hoogenergetische lithium-ionbatterijen werd uitgelegd. Het onderzoek werd uitgevoerd in het kader van de ontwikkeling van batterijen met verhoogde capaciteit en efficiëntie. Zonder een nauwkeurig begrip van de degradatieprocessen van de kathode is het onmogelijk om de capaciteit van batterijen met de hoogste efficiëntie succesvol te vergroten, wat nodig is voor de ontwikkeling van elektrische voertuigen. Wetenschappers zijn ervan overtuigd dat de opgedane kennis het mogelijk zal maken de capaciteit van lithium-ionbatterijen met 30% te vergroten.
Hoogwaardige batterijen voor auto- en andere toepassingen vereisen een andere kathodestructuur. In moderne lithium-ionbatterijen is de kathode een meerlaagse structuur van oxiden met variërende verhoudingen van nikkel, mangaan en kobalt. Hoogenergetische batterijen vereisen met mangaan verrijkte kathodes met een overmaat aan lithium, waardoor het vermogen om energie per volume-eenheid/massa kathodemateriaal op te slaan toeneemt. Maar dergelijke materialen waren onderhevig aan snelle afbraak.
Tijdens normaal bedrijf, wanneer de kathode verrijkt raakt of lithiumionen verliest, wordt het hoogenergetische kathodemateriaal vernietigd. Na een bepaalde tijd verandert het gelaagde oxide in een kristallijne structuur met uiterst ongunstige elektrochemische eigenschappen. Dit gebeurt al in de vroege stadia van het batterijbedrijf, wat leidt tot een snelle daling van de gemiddelde laad- en ontlaadwaarden.
In een reeks experimenten ontdekten Duitse wetenschappers dat afbraak niet direct plaatsvindt, maar indirect door de vorming van moeilijk te bepalen reacties met de vorming van vaste lithiumhoudende zouten. Bovendien blijkt zuurstof een belangrijke rol te spelen in de reacties. De onderzoekers konden ook nieuwe conclusies trekken over chemische processen in lithium-ionbatterijen die mogelijk niet tot kathodedegradatie leiden. Met behulp van de verkregen resultaten hopen wetenschappers de degradatie van de kathode te minimaliseren en uiteindelijk een nieuw type batterij met verhoogde capaciteit te ontwikkelen.
Bron: 3dnews.ru