Forskare från German Institute of Technology Karlsruhe (KIT) publicerade en artikel i Nature Communications som förklarade mekanismen för katodnedbrytning i högenergilitiumjonbatterier. Forskningen utfördes som ett led i utvecklingen av batterier med ökad kapacitet och effektivitet. Utan en exakt förståelse av katodnedbrytningsprocesser är det omöjligt att framgångsrikt öka kapaciteten hos batterier med högsta effektivitet, vilket är nödvändigt för utvecklingen av elfordon. Forskarna är övertygade om att den kunskap som erhållits kommer att göra det möjligt att öka kapaciteten hos litiumjonbatterier med 30 %.
Högpresterande batterier för fordon och andra applikationer kräver en annan katodstruktur. I moderna litiumjonbatterier är katoden en flerskiktsstruktur av oxider med olika förhållanden av nickel, mangan och kobolt. Högenergibatterier kräver manganberikade katoder med överskott av litium, vilket ökar förmågan att lagra energi per volym/massa katodmaterial. Men sådana material var föremål för snabb nedbrytning.
Under normal drift, när katoden blir anrikad eller förlorar litiumjoner, förstörs högenergikatodmaterialet. Efter en viss tid förvandlas den skiktade oxiden till en kristallin struktur med extremt ogynnsamma elektrokemiska egenskaper. Detta sker redan i de tidiga stadierna av batteridrift, vilket leder till en snabb minskning av de genomsnittliga laddnings- och urladdningsvärdena.
I en serie experiment fann tyska forskare att nedbrytning inte sker direkt, utan indirekt genom bildandet av svårbestämda reaktioner med bildning av fasta litiumhaltiga salter. Dessutom verkar syre spela en viktig roll i reaktionerna. Forskarna kunde också dra nya slutsatser om kemiska processer i litiumjonbatterier som kanske inte leder till katodnedbrytning. Med hjälp av de erhållna resultaten hoppas forskarna kunna minimera katodnedbrytningen och så småningom utveckla en ny typ av batteri med ökad kapacitet.
Källa: 3dnews.ru