Повертає до 100% напруги: нова технологія «омолоджує» старі Li-Ion-батареї

Науковці з Інституту Нінбо Китайської академії наук спільно з дослідниками з Чиказького університету розробили матеріали з нульовим тепловим розширенням.

Це дозволило досягти практично 100% відновлення напруги у старіючих Li-Ion-акумуляторах. Батареї з катодами на основі шаруватих оксидів із високим вмістом літію здатні забезпечувати ємність у понад 300 мА·год/г завдяки киснево-окислювальним відновлювальним хімічним реакціям. Однак ці хімічні реакції, що збільшують щільність енергії на 30%, з часом призводять до спотворення кристалічної ґратки і падіння напруги, а це прискорює старіння акумуляторів.

Дослідники виявили негативне теплове розширення у шаруватих оксидах катоду з високим вмістом літію, які стискаються при нагріванні за температур від 150–250 °C. Це не відповідає звичайним очікуванням з точки зору термодинаміки. Однак науковці пояснюють це термічно обумовленими переходами від хаотичної до впорядкованої структури у катоді під дією температури. Вчені навчились керувати цим процесом. 

Розробникам вдалось першими у світі створити надійну структуру катода з нульовим тепловим розширенням. При напрузі 4,0 В відбувалася перебудова решітки і матеріал повертався у впорядкований стан, а напруга відновлювалась майже на 100%. 

На думку вчених, результати дослідження відкривають перспективу створення «розумних» зарядних систем, які зможуть відновлювати батареї прямо в процесі використання, подовжуючи термін їхньої служби вдвічі. Таким чином, старі акумулятори та навіть електромобілі можуть отримати друге життя.

Це досягнення відкриває нові обрії в інженерії матеріалів. Дослідження також проливає світло на конструкцію функції самовідновлення високопродуктивних пристроїв.

Результати дослідження опубліковані у журналі  Nature

Джерело: Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering