Группа ученых из Института материаловедения и инженерии Нинбо (NIMTE) Китайской академии наук (CAS) в сотрудничестве с исследователями из Чикагского университета и других институтов определили материалы, которые сжимаются при нагревании, что позволяет омолаживать стареющие литий-ионные аккумуляторы с почти 100-процентным восстановлением напряжения. Это обещает произвести революцию в будущем в разработке и применении материалов.

Литий-богатые слоисто-оксидные катодные материалы являются сложными; после повторных циклов зарядки напряжение постепенно падает, что приводит к старению аккумулятора. Это одна из основных причин потери емкости литий-ионными аккумуляторами. Но исследовательская группа нашла решение этой проблемы, описанное в журнале Nature .

Команда обнаружила отрицательное поведение теплового расширения богатых литием слоистых оксидных катодных материалов, которые сжимаются при нагревании в диапазоне температур от 150 до 250 градусов по Цельсию. Был разработан новый электрохимический метод для сброса состаренных катодных материалов из структурно неупорядоченных и нестабильных состояний в их исходное упорядоченное состояние.

«Разумно регулируя стратегии зарядки, можно периодически устранять структурные дефекты катода, тем самым значительно продлевая срок службы аккумулятора», — сказал Цю Бао, ведущий автор исследования.

Китайские исследователи разработали первый в мире катод с нулевым тепловым расширением, который демонстрирует минимальное изменение объема при колебаниях температуры. Следствием этого является то, что можно предотвратить сокращение срока службы батареи, вызванное тепловыми колебаниями. Это может открыть новые возможности для технологии литиевых батарей высокой плотности энергии следующего поколения.

По словам экспертов, в будущем специализированные литий-ионные аккумуляторы смогут преодолеть традиционный компромисс между запасом хода и сроком службы, что позволит электромобилям и самолетам наслаждаться как увеличенным запасом хода, так и сверхдлительным сроком службы.

«Значение этих результатов выходит за рамки исследования аккумуляторов, которое является оригинальным, интересным и важным для предложения новых принципов проектирования функциональных материалов», — прокомментировали рецензенты из Nature .

Фото: новая технология для продления срока службы стареющих аккумуляторов. Кредит: NIMTE