Aditiv poboljšava performanse baterije
Tim istraživača predvođen hemičarima u Nacionalnoj laboratoriji u Brukhejvenu Ministarstva energetike SAD (DOE) je saznao da aditiv elektrolita omogućava stabilno visokonaponsko kruženje slojevitih katoda bogatih niklom. Njihov rad bi mogao dovesti do poboljšanja gustine energije litijumskih baterija koje napajaju električna vozila.
Sha Tan, koautor i doktorand na Univerzitetu Stony Brook, koji je sprovodio istraživanje sa grupom za skladištenje elektrohemijske energije u laboratoriji Brookhejven, prvobitno je proučavao kako bi se aditiv, litijum difluorofosfat (LiPO2F2), mogao koristiti za poboljšanje performansi baterija na niskim temperaturama. Iz radoznalosti, pokušala je da koristi aditiv za visokonaponske cikluse na sobnoj temperaturi.
„Otkrila sam da ako podignem napon do 4,8 V, ovaj aditiv zaista pruža odličnu zaštitu preko katode i baterija je postigla odlične performanse ciklusa“, rekla je Tan.
Baterije se sastoje od dva električna terminala – elektrode koje se nazivaju katoda i anoda – koje su razdvojene drugom komponentom baterije, elektrolitom. Elektroni prolaze kroz spoljašnje kolo koje povezuje dve elektrode, a joni prolaze kroz elektrolit. Oboje se kreću napred i nazad između elektroda tokom ciklusa punjenja-pražnjenja.
Slojeviti katodni materijali bogati niklom obećavaju visoku gustinu energije za baterije sledeće generacije kada su uparene sa litijum metalnim anodama. Ali ti materijali su skloni gubitku kapaciteta. Jedno od glavnih problema je pucanje čestica tokom visokonaponskih ciklusa punjenja-pražnjenja. Rad na visokom naponu je važan jer ukupna energija uskladištena u bateriji, važna za domet vozila, raste kako se korisni radni napon povećava.
Drugo pitanje je rastvaranje prelaznog metala sa katode i njegovo naknadno taloženje na anodi. Ovo je poznato kao „preslušavanje“ u zajednici baterija. Tokom visokonaponskog punjenja, male količine prelaznih metala u kristalnoj rešetki katode se rastvaraju, a zatim putuju kroz elektrolit i talože se na strani anode. Kada se to dogodi, i katoda i anoda degradiraju. Rezultat je loše zadržavanje kapaciteta baterije.
Istraživači su otkrili da uvođenje male količine aditiva u elektrolit guši preslušavanje. Kako se aditiv raspada, proizvodi litijum fosfat (Li3PO4) i litijum fluorid (LiF) da bi se formirala visoko zaštitna katoda-elektrolit-interfaza — čvrsti tanak sloj koji se formira na katodi baterije tokom ciklusa.
„Formiranjem veoma stabilne međufaze na katodi, ovaj zaštitni sloj značajno potiskuje gubitak prelaznog metala na površini katode“, rekao je Hu. „Smanjeni gubitak prelaznog metala pomaže da se smanji taloženje tih prelaznih metala na anodi. U tom smislu je i anoda u određenoj meri zaštićena. Verujemo da je suzbijanje rastvaranja prelaznih metala jedan od ključnih faktora koji dovode do značajno poboljšanih performansi ciklusa.”
Aditiv za elektrolit omogućava da se slojevita katoda bogata niklom kruži na visokim naponima kako bi se povećala gustina energije i i dalje zadržalo 97 procenata svog početnog kapaciteta nakon 200 ciklusa, otkrili su istraživači.
Gledajući unapred, istraživači žele da testiraju aditiv pod izazovnijim uslovima kako bi istražili da li materijali katode mogu da izdrže još više ciklusa za praktičnu upotrebu baterija.
Izvor: techbriefs.com
