600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Универсальный способ увеличения срока службы литий-ионных аккумуляторов

Технологии силовой преобразовательной техники

Многократные циклы зарядки и разрядки литий-ионной батареи значительно изменяют объем анода, уменьшая емкость и долговечность батареи. Теперь ученые из GIST в Корее разработали метод усиления анода, делающий его более устойчивым к колебаниям объема. Анод может быть изменен независимо от его вещества или способа изготовления, что делает этот метод повсеместным и открывает путь к более долговечным аккумуляторам для смартфонов и электромобилей.

Появление электромобили это привело к росту спроса на литий-ионные аккумуляторы с высокой плотностью энергии. Это привело к разработке анодов с большой емкостью для хранения заряда. К сожалению, эта емкость имеет тенденцию к снижению в течение нескольких циклов зарядки / разрядки, что сокращает срок службы батареи.

Короткий срок службы батареи является следствием необратимого изменения объема анода во время циклирования, что приводит к ухудшению электрического контакта и разрушению конструкции. Во время зарядки ионы лития перетекают с катода на анод, где они смешиваются с наночастицами. В процессе разряда ионы лития возвращаются на катод. Со временем наночастицы анода разрушаются и скапливаются на контакте электрод-электролит. Это электрически отключает анод, уменьшая количество заряда, которое он может накапливать или переносить.

В одном недавнее исследование опубликовано онлайн 21 марта 2022 года в журнале Materials Chemistry A Исследователи из Института науки и технологии Кванджу (GIST) в Корее разработали новый метод модификации обычных анодов для улучшения циклических характеристик батареи. “Как одна из исследовательских групп, занимающихся этой областью, мы хотели разработать электродный процесс, который был бы способен увеличить плотность энергии в соответствии с быстрым ростом аккумуляторной промышленности”, — говорит профессор Хен Чжин Ким, один из соответствующих авторов исследования.

Разработанный исследователями метод укрепляет анод и делает его более устойчивым к изменениям объема за счет инкапсуляции наночастиц в эластичную сетчатую структуру.

Чтобы продемонстрировать свой подход, исследователи использовали обычный анод, содержащий наночастицы кремния, удерживаемые вместе полимерным (поливинилиденфторидным) связующим. Чтобы приспособить паутинную структуру, они удалили связующее вещество путем нагрева анода с использованием процесса отжига. Затем промежуток между наночастицами был заполнен восстановленным раствором оксида графена (rGO), который высыхал, образуя сетку, которая удерживала наночастицы кремния вместе и предотвращала их растрескивание. Кроме того, полотно обеспечивало проводящий путь для электронов, позволяя наночастицам связываться с литием.

Исследователи использовали метод, называемый “спиновым покрытием”, для покрытия поверхности анода rGO. Покрытие rGO служило затравочным слоем для нанесения защитного слоя, состоящего из оксида цинка с добавлением к нему оксидов металлов магния и галлия (MGZO). Этот слой MGZO обеспечивал структурную стабильность анода.