Litija jonu akumulatori sabojājas pat bez uzlādes - zinātnieki to ir atklājuši un atraduši risinājumu.

Zinātnieki no Pohanas Zinātnes un Tehnoloģiju Universitātes Dienvidkorejā atklāja iepriekš nezināmu mehānismu, kas izraisa litija jonu bateriju degradāciju to izmantošanas laikā.

Pētniecības grupa, kurā ietilpa Seungyun Chon un Gukhyeon Lim, profesors Džihjūns Hongs no POSTECH Akumulatoru inženierijas departamenta kopā ar profesoru Džonsunu Kimu no Sungkyunkwan Universitātes vadītu zinātnieku grupu, konstatēja, ka litija jonu baterijās elektromobiļiem galvenokārt ir trīskārši niķeļa-mangāna-kobalta katodi ar paaugstinātu niķeļa saturu un minimālu dārgākā kobalta saturu. Tas ļauj samazināt izgatavošanas izmaksas, tomēr augsts niķeļa saturs saīsina bateriju kopējo kalpošanas laiku.

Litija jonu bateriju veiktspējas samazināšanos tradicionāli saista ar pārmērīgu uzlādes ciklu skaitu. Tomēr pētnieki atklāja iepriekš nezināmu degradācijas ciklu, kas notiek pat stabilā sprieguma apstākļos.

Zinātnieki konstatēja, ka akumulatora izmantošana bez uzlādes ilgstoši provocē uz katoda virsmas kvazipārveides reakciju. Šīs reakcijas gaitā no katoda virsmas izdalās skābeklis un reaģē ar litiju, veidojot litija oksīdu, īpaši, kad zemais uzlādes līmenis ir tuvu 3,0 V. Litija oksīds tālāk reaģē ar elektrolītu, izraisot tā sadalīšanos un gāzveida blakusproduktu veidošanos, kas veicina akumulatora enerģijas efektivitātes zaudējumu.

Šīs reakcijas ir nopietnākas katodos ar augstu niķeļa saturu. Pētnieki noskaidroja, ka baterijās, kuras izmanto līdz pilnīgai izlādei, degradācijas procesi, tostarp pietūkums, ir izteiktāki.

Tikmēr zinātnieki piedāvā vienkāršu, bet efektīvu risinājumu — optimizēt akumulatora lietošanu un novērst pilnīgu izlādi. Eksperimenti pierādīja, ka stipri iztukšotas baterijas ar augstu niķeļa saturu (vairāk nekā 90%), kas izraisa kvazikonversijas reakciju, saglabāja tikai 3,8% no savas ietilpības pēc 250 cikliem. Tajā pašā laikā baterijas ar kontrolētu lietošanu saglabāja 73,4% no savas ietilpības, pat pēc 300 cikliem.

Pētījuma rezultāti publicēti žurnālā Advanced Energy Materials

Avots: TechXplore