Найдена новая причина снижения производительности литиевых аккумуляторов NMC

Литиевые аккумуляторные батареи питают большинство электрических транспортных средств, поскольку обладают высокой плотностью энергии. Однако требования к дальности хода электромобилей возрастают, что заставляет производителей совершенствовать существующие аккумуляторные химсоставы, а также создавать новые.

Исследователи из Кембриджского университета обнаружили, что производительность литиевых аккумуляторов с химсоставом NMC может снижаться из-за неравномерного движения ионов лития. Ученые наблюдали в режиме реального времени за распределением ионов внутри катодного материала литий-никель-кобальт-оксидных аккумуляторов. Полученные данные помогут улучшить химические составы для литиевых батарей нового поколения.

Китайская компания CATL открыла завод литий-ионных аккумуляторов в Германии

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.

Отличие литий-ионных конденсаторов от аккумуляторов

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.

4 распространенные проблемы литий-ионных батарей и способы их избежать

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.

Материалы сайта не подлежат использованию кем-либо, в какой бы-то ни было форме, включая воспроизведение, распространение, переработку, не иначе как с письменного разрешения редакции Forklift.Blog. Использование материалов сайта без разрешения его владельца является нарушением авторских прав и преследуется по закону.

Темы этой статьи:

Тяговые АКБ

Литий-ионные АКБ

Автор статьи: Энергинский К.А.
Специалист по аккумуляторной технологии
Автор-эксперт в области литий-ионных аккумуляторов

Опубликовано: 25 February 2020