Дефекты катода улучшили производительность батареи

Химики из США выяснили, что увеличение количества структурных дефектов в материале катода может улучшить производительность источника тока. Об открытии исследователи написали в журнале Chemistry of Materials.

Сегодня большинство катодных материалов состоит из чередующихся слоев ионов лития и переходных металлов, таких как никель. Внутри этой слоистой структуры обычно можно обнаружить небольшое количество дефектов. Это означает, что атомы из переходного металла можно найти там, где должен быть ион лития, и наоборот. Считается, что увеличение количества этих дефектов должно плохо сказываться на работе устройств, содержащих такие электроды, в частности аккумуляторов.

Открытие американских исследователей из Брукхейвенской национальной лаборатории, Бингемтонского и Техасского университетов — среди которых и лауреат Нобелевской премии 2019 года Стэнли Уиттингем — переворачивает это представление с ног на голову. Чтобы сделать это, авторам пришлось провести высокоточные измерения концентрации дефектов в материале катода, что до них еще никто не проводил. Если ранее концентрацию дефектов можно было измерить с точностью до процента (эта величина обычно составляет от 3 до 5%), то ученые нашли способ понизить ее в 10 раз.

Новый метод заключается в использовании порошкового дифрактометра и мощного источника фотонов, такого как APS в Аргоннской национальной лаборатории, и источника нейтронов, такого как SNS в Национальной лаборатории в Ок-Ридже. Применив новый метод визуализации дефектов к группе катодных материалов — оксидам лития-никеля-марганца-кобальта, — ученые обнаружили, что наибольшее количество дефектов в пределах допустимых значений приводит к значительному росту эффективности материала.

«Возможность измерения концентрации слабо рассеивающих элементов с чувствительностью в одну десятую процента будет также полезна для многих других областей исследований, таких как измерение кислородных вакансий в сверхпроводящих материалах или катализаторах», — подвел итог ведущий автор работы, сотрудник Брукхейвенской лаборатории и Университета Стоуни-Брук Питер Халифа.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.