Ассортимент аккумуляторов остается основной проблемой электромобильности. Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) теперь получили значительное представление о более мощных материалах и деградации батарей. Обладая этими знаниями, они хотят разрабатывать батареи со значительно большей емкостью - до 30 процентов.
Специальный катодный материал для большей производительности
Высокоэнергетический вариант литий-ионной технологии отличается от обычной тем, что в ней используется специальный катодный материал: хотя до сих пор использовались оксиды слоев с различными соотношениями никеля, марганца и кобальта, ученые выбрали материалы с высоким содержанием марганца и избытком лития, что увеличивает емкость накопления энергии. Объем / масса катодного материала значительно увеличилась.
Тем не менее, есть еще одна проблема с использованием этих материалов: при хранении и удалении ионов лития - основной функции батареи - катодный материал высокой энергии ухудшается. Через некоторое время слой оксида превращается в кристаллическую структуру с очень неблагоприятными электрохимическими свойствами. Как нежелательное последствие, среднее напряжение зарядки и разрядки падает с самого начала, что до сих пор препятствовало разработке пригодных для использования литий-ионных аккумуляторов высокой энергии.
Как процесс деградации работает в батареях
Как именно работает этот процесс деградации, еще не до конца понятно. Команда исследователей из ученых KIT и сотрудничающих учреждений теперь описала основной механизм в журнале Nature Communications: «Основываясь на подробных исследованиях катодного материала высокой энергии, мы смогли показать, что деградация была не прямой, а косвенной посредством образования ранее структура соли лития практически не замечена », - говорит Вейбо Хуа (IAM-ESS), один из главных авторов исследования. «Кислород также играет решающую роль в реакциях».
В дополнение к этим результатам, исследование также показывает, что новое понимание поведения аккумуляторной технологии не обязательно должно исходить непосредственно из процесса деградации: Weibo и участвующие в ней ученые получили свое открытие на основе исследований, которые проводились во время синтеза катодного материала.
На пути к высокоэнергетическим литий-ионным батареям для электромобилей результаты исследований KIT представляют собой важный шаг: они позволяют протестировать новые подходы, чтобы минимизировать деградацию оксидов слоя и начать фактические работы по разработке этого нового типа аккумуляторов.,
С помощью исследовательской платформы Celest
В KIT это исследование проводится в рамках Центра по хранению электрохимической энергии Ulm & Karlsruhe, или, если коротко, Celest, крупнейшей немецкой исследовательской платформы для электрохимического хранения. Исследовательская платформа Celest была основана в 2018 году партнерами KIT, Ульмским университетом и Центром исследований солнечной энергии и водорода в Баден-Вюртемберге (ZSW) и является одним из крупнейших исследований аккумуляторных батарей в международном сравнении. Celest работает в трех областях исследований: литий-ионные технологии, хранение энергии помимо лития и альтернативные методы хранения и преобразования электрохимической энергии.