Определены структурные свойств литий-ионных батарей, обеспечивающих сверхбыструю зарядку

electricity Определены структурные свойств литий-ионных батарей, обеспечивающих сверхбыструю зарядку

Ученые Токийского Технического Университета и Университета Окаяма значительно улучшили характеристики катодов LiCoO2 в литий-ионных батареях, украсив их нанодотами BaTiO3. Самое главное, они выяснили механизм, лежащий в основе результатов измерений, и пришли к выводу, что нанотоки BaTiO3 создают специальный интерфейс, через который ионы лития могут легко циркулировать, даже при очень высокой скорости заряда - разряда.

Современные достижения в области электрооборудования и транспортных средств создали потребность в улучшенных аккумуляторах с точки зрения стабильности, перезаряжаемости и скорости зарядки. Хотя литий-ионные батареи оказались очень полезными, их невозможно зарядить достаточно быстро высокими токами без возникновения таких проблем, как резкое снижение цикличности и выходной мощности из-за присущего им высокого сопротивления и нежелательных побочных реакций.

Негативные последствия таких нежелательных реакций затрудняют использование LiCoO2 в качестве катодного материала в ЛИБ. Один из них включает в себя растворение ионов Co4+ в растворе электролита батареи во время циклов зарядки - разрядки. Другим эффектом является образование сплошного электролита между активным материалом и электродом в этих батареях, что препятствует движению литий-ионов и тем самым снижает производительность.

читайте также

В одном из предыдущих исследований ученые сообщали, что использование материалов с высокой диэлектрической проницаемостью, таких как BaTiO3, повышает производительность высокоскоростных катодов LCO. Однако механизм, лежащий в основе отмеченных улучшений, неясен. Чтобы пролить свет на этот многообещающий подход, команда ученых из Токио под руководством профессора Мицуру Ито, доктора Синтаро Ясуи и г-на Су Ясухара изучили катоды LCO с применением BTO различными способами, чтобы узнать, что произошло на интерфейсе BTO-LCO более подробно.

Команда создала три катода LCO: один голый, один покрытый слоем BTO и один покрытый нанототами BTO. Группа также смоделировала катод LCO с одним нанодотом BTO и предсказала, что плотность тока вблизи края нанодота BTO будет очень высокой. Эта конкретная область называется трехфазным интерфейсом, и ее существование значительно повысило электрические характеристики катода, покрытого микроскопическими нанодотами BTO.

Как и ожидалось, после испытаний и сравнения трех катодов, которые они приготовили, группа обнаружила, что катод со слоем точек BTO показал гораздо лучшие результаты, как с точки зрения стабильности, так и с точки зрения пропускной способности. «Наши результаты ясно показывают, что декорирование нанототами BTO играет важную роль в улучшении цикличности и снижении сопротивления», - утверждает Ито. Понимая, что точки BTO оказывают решающее влияние на подвижность ионов лития в катоде, команда нашла объяснение.

Изучив результаты своих измерений, группа пришла к выводу, что нанотоки БТО создают пути, по которым ионы лития могут легко интеркалироваться - деинтеркалироваться, даже при очень высоких скоростях заряда - разряда. Это происходит потому, что электрическое поле концентрируется вокруг материалов с высокой диэлектрической проницаемостью. Кроме того, вблизи трехфазного интерфейса сильно подавляется образование сплошного электролита, что в противном случае привело бы к плохой цикличности. «Механизм, с помощью которого ингибируется образование твердого электролита вблизи трехфазного интерфейса, остается неясным», - отмечает Итох.

Хотя многое еще предстоит сделать по этой теме, полученные результаты обнадеживают и указывают на новый путь значительного улучшения ЛИБ. Это может стать важным шагом на пути к удовлетворению потребностей современных и будущих устройств.

User Rating: 0 / 5

Ваша оценка:
Спасибо за оценку.