О роли кислорода. Новый взгляд на окислительно-восстановительные процессы в катодах литиевых батарей
Ученые из Оксфордского университета в рамках проекта CATMAT института Фарадея исследуя катодные материалы нового поколения добились значительного прогресса в понимании окислительно-восстановительных процессов, связанных с кислородом, в катодных материалах с высоким содержанием лития.
Плотность энергии литий-ионных аккумуляторов может быть улучшена за счет сохранения заряда при высоких напряжениях за счет окисления оксидных ионов в материале катода. Статья, опубликованная в Nature Energy, раскрывает стратегии, которые предлагают потенциальные пути увеличения плотности энергии литий-ионных батарей.
Увеличение диапазона электромобилей требует материалов для изготовления аккумуляторов, которые смогут хранить больший заряд при более высоких напряжениях, т.е. необходимо достичь высокой «плотности энергии». Существует ограниченное количество способов увеличения плотности энергии литий-ионных катодных материалов. Большинство современных катодных материалов представляют собой слоистые оксиды переходных металлов, включающие, например, кобальт, никель и марганец. Один из способов исследования включает накопление заряда на ионах оксидов, а также на ионах переходных металлов.
«Поиск новаторских решений в гонке Великобритании за электрификацию требует крупномасштабных и целенаправленных исследований, направленных на достижение актуальных для отрасли целей-, — сказала Пэм Томас, генеральный директор Института Фарадея. — Это открывает множество новых направлений исследований в поисках материалов для аккумуляторов и может расширить диапазон будущих электромобилей».
Использование новых кислородно-окислительно-восстановительных материалов для увеличения плотности энергии катода может стать прорывом, но реализация полного потенциала этой новинки в промышленных масштабах была затруднена. Причиной тому структурные изменения, которые испытывает материал во время первой зарядки, изменения эти, в основном, необратимы и приводят к значительному падению доступного напряжения при последующих разрядках и будущих циклах.
«Компьютерное моделирование продемонстрировало, что выделение молекулярного кислорода объясняет как наблюдаемый электрохимический отклик — снижение напряжения при первом разряде — так и наблюдаемые структурные изменения — объясняемые аккомодацией молекулярного кислорода в объеме материала», — сказал он. сказал профессор Сайфул Ислам, университет Бата и главный исследователь CATMAT.
«Эта единая унифицированная компьютерная модель, связывает вместе молекулярный кислород и потерю напряжения, что позволяет исследователям предлагать реальные решения для предотвращения нестабильности, вызванной окислительно-восстановительным потенциалом кислорода, предлагая варианты обратимых литий-ионных катодоы с высокой плотностью энергии».