ТАСС, 20 сентября. Ученые доказали несостоятельность общепринятого до недавних пор объяснения низкой энергоэффективности литий-ионных батарей и предложили новое. Результаты их работы опубликовал научный журнал Nature Chemistry, кратко об этом пишет пресс-служба Сколковского института науки и технологий.
"Международная научная группа с участием ученых Сколтеха предоставила экспериментальное опровержение общепринятому объяснению низкой энергоэффективности литий-ионных батарей. Исследователи объяснили это явление медленным переносом электронов между атомами кислорода и переходных металлов в кристаллической структуре катода, а не миграцией атомов внутри структуры в процессе заряда/ разряда, как считалось ранее", – говорится в сообщении.
Литий-ионные аккумуляторы повсеместно используются в портативной электронике и электромобилях. А применение в них перспективных катодных материалов нового поколения на основе литий-обогащенных оксидов позволит в два раза увеличить их емкость и, соответственно, время автономной работы мобильных устройств и пробег электромобилей. Однако коммерческому внедрению подобных материалов препятствует их низкая энергоэффективность.
Для заряда такой батареи требуется гораздо большее напряжение, чем она может далее обеспечить на разряде. Этот эффект, называемый гистерезисом напряжения, приводит к существенной потере энергии и увеличивает экономические издержки. Таким образом, чтобы раскрыть потенциал батарей с катодами из литий-обогащенных оксидов, необходимо подавить негативный эффект гистерезиса напряжения, но это невозможно без понимания природы процессов, на которые уходит потерянная энергия.
В новой работе исследователи экспериментально обосновали несостоятельность принятого до сих пор объяснения гистерезиса напряжения и предложил новое. По словам одного из авторов работы, Артема Абакумова, понимая природу гистерезиса напряжения как связанного с переносом электронов явления, можно сгладить этот вредный эффект и получить тем самым новое поколение литий-ионных батарей с рекордно высокой удельной энергоемкостью для электрокаров и переносной электроники.
"Чтобы сделать этот следующий шаг возможным, химики могли бы управлять величиной барьера электронного переноса за счет настройки степени ковалентности связи катион-анион, опираясь на таблицу Менделеева и такие понятия, как "химическая мягкость", – добавил Абакумов.