Возвращает до 100% напряжения: новая технология «омолаживает» старые Li-Ion-батареи

Ученые из Института Нинбо Китайской академии наук совместно с исследователями из Чикагского университета разработали материалы с нулевым тепловым расширением.

Это позволило достичь практически 100% восстановления напряжения в стареющих Li-Ion-аккумуляторах. Батареи с катодами на основе слоистых оксидов с высоким содержанием лития способны обеспечивать емкость более 300 мА-ч/г благодаря кислородно-окислительным восстановительным химическим реакциям. Однако эти химические реакции, увеличивающие плотность энергии на 30%, со временем приводят к искажению кристаллической решетки и падению напряжения, а это ускоряет старение аккумуляторов.

Исследователи обнаружили отрицательное тепловое расширение в слоистых оксидах катода с высоким содержанием лития, которые сжимаются при нагревании при температурах от 150-250 °C. Это не соответствует обычным ожиданиям с точки зрения термодинамики. Однако ученые объясняют это термически обусловленными переходами от хаотической к упорядоченной структуре в катоде под действием температуры.Ученые научились управлять этим процессом.

Разработчикам удалось первыми в мире создать надежную структуру катода с нулевым тепловым расширением. При напряжении 4,0 В происходила перестройка решетки и материал возвращался в упорядоченное состояние, а напряжение восстанавливалось почти до 100%.

По мнению ученых, результаты исследования открывают перспективу создания «умных» зарядных систем, которые смогут восстанавливать батареи прямо в процессе использования, продлевая срок их службы вдвое. Таким образом, старые аккумуляторы и даже электромобили могут получить вторую жизнь.

Это достижение открывает новые горизонты в инженерии материалов. Исследование также проливает свет на конструкцию функции самовосстановления высокопроизводительных устройств.

Результаты исследования опубликованы в журналеNature

Источник: Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering