Химики выяснили структуру дефектов в катодах литий-ионных батарей

Ученые из России детально проанализировали структуру ранее неизученного типа дефектов, возникающих внутри катодов литий-ионных батарей при их производстве. В будущем благодаря этому инженеры смогут создавать более долговечные и эффективные источники энергии, пишет пресс-служба Сколковского института науки и технологий. Результаты исследования опубликовал научный журнал Inorganic Chemistry.

"С одной стороны, самым простым практическим выводом из этого исследования должны стать попытки изменить процесс синтеза материала таким образом, чтобы полностью исключить вероятность появления дефектов. Однако опыт показывает, что целесообразнее все-таки постараться обернуть дефекты в нашу пользу, нежели пытаться от них избавиться", – рассказал один из авторов работы, профессор Сколковского института науки и технологий Станислав Федотов.

Литий-ионные аккумуляторы – основной источник питания для всех автономных электрических устройств, начиная с различных гаджетов и заканчивая межпланетными зондами и промышленными инструментами. Несмотря на все их плюсы, у них есть некоторые недостатки, в том числе медленная скорость зарядки, взрывоопасность и низкая энергетическая емкость.

Многие из этих проблем связаны с дефектами в трех ключевых частях литий-ионных аккумуляторов – катоде, аноде и электролите. Они появляются либо при производстве батарей, либо в ходе эксплуатации.

Федотов и его коллеги заинтересовались, как часто в катоде возникают так называемые гидроксил-дефекты. Они появляются, когда часть молекул фосфорной кислоты в материале катода, состоящего также из железа и лития, замещают гидроксил-радикалы (-OH).

Ранее химики не считали подобные дефекты существенными и концентрировали свое внимание на процессах, связанных с замещением атомов лития и железа. Однако новая работа показала, что на самом деле это не так – гидроксил-дефекты очень часто встречаются в структуре катода литий-ионных батарей и заметно влияют на их свойства.

"Мы установили, что в отдельных случаях отрицательно заряженный ион PO4 может замещаться четырьмя или пятью группами OH. Это негативно сказывается на электрохимических характеристиках аккумуляторов с катодами из LiFePO4", – пояснил еще один автор работы, старший научный сотрудник Сколковского института науки и технологий Дмитрий Аксенов.

В этом отношении, как отмечает исследователь, катоды литий-ионных батарей похожи на природные минералы из группы оливинов. Ученые надеются, что их исследование поможет понять, как можно ликвидировать эти структурные аномалии или поменять их таким образом, что они будут улучшать, а не ухудшать свойства аккумуляторов.

Источник