Forskere fra German Institute of Technology Karlsruhe (KIT) publiserte en artikkel i Nature Communications som forklarte mekanismen for katodedegradering i høyenergiske litiumionbatterier. Forskningen ble utført som et ledd i utviklingen av batterier med økt kapasitet og effektivitet. Uten en nøyaktig forståelse av katodedegraderingsprosesser er det umulig å lykkes med å øke kapasiteten til batterier med den høyeste effektiviteten, som er nødvendig for utviklingen av elektriske kjøretøy. Forskere er sikre på at kunnskapen som er oppnådd vil gjøre det mulig å øke kapasiteten til litium-ion-batterier med 30 %.
Høyytelsesbatterier for bilindustrien og andre applikasjoner krever en annen katodestruktur. I moderne litiumionbatterier er katoden en flerlagsstruktur av oksider med varierende forhold mellom nikkel, mangan og kobolt. Høyenergibatterier krever mangananrikede katoder med overflødig litium, noe som øker evnen til å lagre energi per enhet volum/masse katodemateriale. Men slike materialer ble utsatt for rask nedbrytning.
Under normal drift, når katoden blir anriket eller mister litiumioner, ødelegges det høyenergiske katodematerialet. Etter en viss tid blir det lagdelte oksidet til en krystallinsk struktur med ekstremt ugunstige elektrokjemiske egenskaper. Dette skjer allerede i de tidlige stadiene av batteridrift, noe som fører til en rask nedgang i de gjennomsnittlige lade- og utladingsverdiene.
I en serie eksperimenter fant tyske forskere at nedbrytning ikke skjer direkte, men indirekte gjennom dannelse av vanskelige å bestemme reaksjoner med dannelse av faste litiumholdige salter. I tillegg ser oksygen ut til å spille en viktig rolle i reaksjonene. Forskerne var også i stand til å trekke nye konklusjoner om kjemiske prosesser i litium-ion-batterier som kanskje ikke fører til nedbrytning av katode. Ved å bruke resultatene som er oppnådd, håper forskerne å minimere katodedegradering og til slutt utvikle en ny type batteri med økt kapasitet.
Kilde: 3dnews.ru