Сколтеху удалось увеличить срок службы литий-ионных аккумуляторов

Фото из открытых источников

Группой сотрудников Сколковского института науки и технологий разработан новый подход к росту долговечности литий-ионных аккумуляторов, что по-прежнему остаются одним из ключевых элементов электромобилей, бытовой электроники и систем хранения энергии.

Специалисты Сколтеха показали, что при добавлении всего 0,5 мольных процента оксида тантала (Ta₂O₅) в катодный материал происходит почти двойное замедление потери емкости за цикл. Об этой находке «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе учреждения.

В привычных аккумуляторах используются слоистые оксиды с повышенной концентрацией никеля: подобные катоды хранят больше энергии. Но высокое содержание никеля имеет и свои минусы: его частицы при эксплуатации растрескиваются, а структура постепенно разрушается. Происходит деградация аккумулятора, что особенно критично для электромобилей.

Авторы новации пояснили, что ими разработана математическая модель, позволяющая предсказать, как будет в словиях разных режимов синтеза распределяться никель, марганец и кобальт внутри сферических частиц катода. Модель позволила целенаправленно синтезировать три типа градиентных структур. Расчёты были подтверждены экспериментальными данными.

Но даже оптимальный градиент может разрушаться на финальных стадиях высокотемпературного производства, когда в структуру вводится литий. Для сохранения нужного распределения элементов исследователи модифицировали катод добавлением Ta₂O₅.

Обнаружилось, что тантал сегрегируется на поверхности первичных кристаллитов, вызывая контролируемое катионное разупорядочение в слоистой решетке. Он создаёт поверхностный слой толщиной в несколько нанометров, позволяя укрепить поверхность и стабилизировать ее поведение. Расчеты подтвердили термодинамическую выгоду подобной «кооперации».

В Сколтехе планируют выпуск пилотных партий нового материала NMC90-GTa на опытной линии, мощность которой составит до 100 тонн в год. Она станет базовой для создания более долговечных и безопасных аккумуляторов нового поколения.