Исследователи из немецкого технологического института Карлсруэ (KIT) опубликовали в издании Nature Communications статью, в которой объяснили механизм деградации катодов в высокоэнергетических литиево-ионных аккумуляторах. Исследование проведено в рамках разработки аккумуляторов повышенной ёмкости и отдачи. Без точного понимания процессов деградации катода невозможно успешно наращивать ёмкость батарей с высочайшей отдачей, которая необходима для развития электротранспорта. Полученные знания, уверены учёные, позволят на 30 % увеличить ёмкость литиево-ионных аккумуляторов.
Аккумуляторы с высокой отдачей для автомобильной и других сфер применения требуют иную структуру катода. В современных литиево-ионных аккумуляторах катод представляет собой многослойную структуру из оксидов с различными соотношениями никеля, марганца и кобальта. Для высокоэнергетических аккумуляторов требуются катоды обогащённые марганцем с избытком лития, что увеличивает способность аккумулировать энергию на единицу объема/массы катодного материала. Но такие материалы оказались подвержены быстрой деградации.
При работе в обычном режиме, когда катод обогащается или теряет ионы лития, высокоэнергетический катодный материал разрушается. Через определённое время слоистый оксид превращается в кристаллическую структуру с крайне неблагоприятными электрохимическими свойствами. Это происходит уже на ранних этапах эксплуатации аккумулятора, что ведёт к быстрому снижению среднего значения заряда и разряда.
В процессе серии экспериментов немецкие учёные выяснили, что деградация происходит не напрямую, а косвенно через формирование трудно определяемых реакций с образованием твёрдых литийсодержащих солей. Кроме того, важную роль в реакциях, как оказалось, играет кислород. Также исследователи смогли сделать новые выводы о химических процессах в литиево-ионных аккумуляторах, которые могут не вести к деградации катодов. Используя полученные результаты учёные надеются минимизировать деградацию катодов и со временем разработать новый тип аккумуляторов повышенной ёмкости.