Создано покрытие имеющее большое значение для литиевых батарей
Создание лучшей ионно-литиевой батареи требует одновременного решения множества факторов: от сохранения электрической и ионной проводимости катода батареи до обеспечения безопасности батареи после многих циклов.
В новом открытии ученые из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработали новое катодное покрытие с использованием метода окислительного химического осаждения из паровой фазы, который может помочь решить эти и несколько других потенциальных проблем с литий-ионными батареями все в одном. Инсульт.
«Покрытие, которое мы обнаружили, действительно поражает пять или шесть птиц одним камнем». Халил Амин, Аргонн, выдающийся научный сотрудник и аккумулятор .
В ходе исследования Амин и его коллеги-исследователи взяли частицы новаторского материала катодного никеля-марганца-кобальта (NMC) Аргонна и заключили их в капсулу с серосодержащим полимером, названным PEDOT. Этот полимер обеспечивает катоду слой защиты от электролита батареи, поскольку батарея заряжается и разряжается.
В отличие от обычных покрытий, которые защищают только внешнюю поверхность катодных частиц микронного размера и оставляют внутреннюю часть уязвимой для растрескивания, покрытие PEDOT обладает способностью проникать внутрь катодной частицы, добавляя дополнительный слой экранирования.
Кроме того, хотя PEDOT предотвращает химическое взаимодействие между батареей и электролитом, он обеспечивает необходимый транспорт ионов лития и электронов, которые требуются батарее для функционирования.
«Это покрытие по существу дружественно ко всем процессам и химическому составу, которые заставляют батарею работать, и недружественно ко всем потенциальным реакциям, которые могут привести к ее разрушению или сбоям в работе», — сказал химик Аргонн Гуйлян Сюй, первый автор исследования.
Покрытие также в значительной степени предотвращает другую реакцию, которая вызывает дезактивацию катода батареи. В этой реакции материал катода превращается в другую форму, называемую шпинелью. «Сочетание образования шпинели практически без образования других свойств делает это покрытие очень интересным материалом», — сказала Амин.
Материал PEDOT также продемонстрировал способность предотвращать выделение кислорода, что является основным фактором разрушения катодных материалов NMC при высоком напряжении . «Было также обнаружено, что это покрытие PEDOT способно подавлять выделение кислорода во время зарядки, что приводит к лучшей структурной стабильности и повышает безопасность», — сказала Амин.
Амин указал, что ученые, изучающие аккумуляторы, могут увеличить масштаб покрытия для использования в никель-содержащих батареях с высоким содержанием никеля. «Этот полимер существует уже некоторое время, но мы все равно были удивлены, увидев, что он обладает всеми обнадеживающими эффектами», — сказал он.
Исследователи полагают, что с нанесенным покрытием аккумуляторы, содержащие NMC, могут работать при более высоких напряжениях, увеличивая тем самым выход энергии, или иметь более длительный срок службы, либо и то, и другое.
Для проведения исследований ученые использовали две научно-исследовательские лаборатории Министерства энергетики США, расположенные в Аргонне: усовершенствованный источник фотонов (APS) и Центр наноразмерных материалов (CNM). Высокоэнергетические рентгеновские дифракционные измерения in situ были проведены на линии луча 11-ID-C APS, а литография с фокусированным ионным пучком и просвечивающая электронная микроскопия были выполнены на УНМ.
Документ, основанный на исследовании «Создание ультраконформных защитных слоев как на вторичных, так и на первичных частицах слоистых катодов на основе оксида лития-переходного металла», появился в онлайн-издании Nature Energy от 13 мая.
