Изучение процессов внутри NMC аккумуляторов
Одним из перспективных материалов для положительных электродов считается смесь оксидов лития, никеля, марганца и кобальта (Li—NMC). Считалось, что ионы лития накапливаются одинаково в каждой активной частице катода. Однако исследование показало, что накопление происходит неравномерно в течение цикла зарядки-разрядки.
Ученые отслеживали под микроскопом, как свет взаимодействует с активными частицами во время работы литий-никель-кобальт-оксидного аккумулятора. В конце цикла зарядки поверхность активного материала насыщалась литием, в то время как внутри испытывался его дефицит. Такое явление приводит к снижению емкости и производительности аккумулятора.
Причина неравномерного распределения ионов
Объединив экспериментальные наблюдения с компьютерным моделированием, исследователи обнаружили, что причина неравномерного распределения ионов кроется в резком изменении скорости диффузии. В частности, ионы лития медленнее проникали в полностью насыщенный литием материал NMC, но диффузия значительно усиливалась, если частицы материала утрачивали некоторое количество ионов лития.
Неоднородность распределения лития в конце разрядки считается одной из причин того, что катоды NMC способны терять до 10% емкости после первого цикла заряда-разряда. В настоящее время ученые ищут способы увеличить плотность энергии и срок службы этих перспективных аккумуляторов для электрического транспорта.
Исследование аккумуляторов проводилось сотрудниками химического факультета имени Юсуфа Хамида в Кембриджском университете и профинансировано Институтом Фарадея. Результаты исследования опубликованы в журнале Joule.