Яка причина швидкої деградації акумуляторів?
Вчені з Корейського передового інституту науки та технологій (KAIST) визначили фундаментальну причину швидкої деградації високонікелевих акумуляторів, що використовуються в електромобілях. Високонікелеві акумулятори пропонують високу щільність енергії, але страждають від швидкого зносу. Нове дослідження показало, що добавка до електроліту під назвою сукцинонітрил (CN4) для покращення стабільності та терміну служби насправді є ключовою причиною погіршення продуктивності акумуляторів з високим вмістом нікелю.
Як CN4 впливає на акумулятори?
Як пояснюють у виданні, в акумуляторі електрика генерується, коли іони літію рухаються між катодом і анодом. Невелика кількість CN₄ додається до електроліту для полегшення руху літію. Використовуючи комп’ютерні розрахунки, вчені підтвердили, що CN₄ надмірно міцно зв’язується з іонами нікелю на поверхні катода з високим вмістом нікелю.
Дослідники зазначають, що структура нітрилу має гачкоподібну форму, де вуглець і азот пов’язані потрійним зв’язком, що забезпечує його хорошу адгезію до іонів металів. Цей міцний зв’язок руйнує захисний подвійний електричний шар (ПЕШ), який має утворюватися на поверхні катода. Під час процесу заряджання та розряджання структура катода спотворюється і навіть електрони з катода витягуються на CN4, що призводить до швидкого пошкодження катода.
Які наслідки для акумуляторів?
Іони нікелю, що витікають під час цього процесу, мігрують через електроліт до поверхні анода, де накопичуються. Цей нікель діє як поганий каталізатор, який прискорює розкладання електроліту та призводить до втрати літію, що ще більше прискорює деградацію акумулятора.
Таким чином вчені дійшли висновку, що CN4 фактично викликає структурний руйнування у високоенергетичних літій-іонних акумуляторах з високим співвідношенням нікелю. Ґрунтуючись на цих даних, команда планує розробити нову добавку до електроліту, оптимізовану для катодів з високим вмістом нікелю.
“Точне розуміння на молекулярному рівні є важливим для збільшення терміну служби та стабільності акумуляторів. Це дослідження прокладе шлях для розробки нових добавок, які не зв’язуються надмірно з нікелем, що значно сприятиме комерціалізації акумуляторів високої ємності наступного покоління”, — сказав професор Нам-Сун Чой, один з керівників дослідження.
Нагадаємо, китайська компанія GAC представила пілотну лінію з виробництва твердотільних акумуляторів, які можуть подвоїти запас ходу електрокарів. Фокус також повідомляв, що вчений з Дослідницького центру FSCN розробив сталий метод виготовлення кремнію, придатного для акумуляторів наступного покоління.
