С увеличением количества электрических и гибридных электромоби | Химия в России и за рубежом (канал ИОНХ РАН)

С увеличением количества электрических и гибридных электромобилей возрастает потребность в надежных устройствах для хранения электроэнергии. Для удовлетворения этих требований необходимы литий-ионные батареи следующего поколения, в которых используются высокоэнергетические катодные материалы. Среди различных типов катодных материалов наиболее многообещающими являются слоистые оксиды, обогащенные литием и марганцем (LMLO), обладающие высокой емкостью (общему количеству электроэнергии, вырабатываемой батареей) и низкой стоимостью.
Обычно этот тип электродных материалов состоит из крупных вторичных частиц, образованных множеством более мелких первичных кристаллитов. Хотя такая микроструктура способствует диффузии ионов лития внутри материалов аккумуляторов, они склонны к быстрой деградации, вызванной механическими напряжениями, возникающими во время эксплуатации аккумуляторов, что серьезно затрудняет их практическое применение.
Исследователи разработали новый подход к синтезу крупнокристаллического LMLO с помощью реакции литий-натриевого ионного обмена. При этом натрийсодержащие фазы реагируют с растворами солей лития, в результате чего ионы натрия удаляются из структуры и замещаются ионами лития из раствора. Благодаря этому, полученные литийсодержащие материалы обладают кристаллической структурой и микроструктурой, схожей с их натрийсодержащим прекурсорами.
Этот подход позволил изготовить электродный материал, который сохраняет достаточно высокую ионную проводимость, но при этом чрезвычайно стабилен по отношению к внутренним напряжениям по сравнению с его поликристаллическим аналогом. В результате аккумуляторы на основе нового материала характеризуются гораздо большим числом циклов заряда-разряда, чем традиционные, без заметной потери емкости. Новый материал имеет потенциальные применения в области аккумуляторов для электроники, электромобилей и т. д.
Новые электродные материалы были исследованы с использованием синхротронной рентгеновской дифракции и рентгеновской спектроскопии поглощения в режиме operando на источниках синхротронного излучения ALBA (Испания) и PETRA-III (Германия). Сочетание этих методов с просвечивающей электронной микроскопией и электрохимическими тестами позволило систематически изучить кристаллическую структуру, морфологию и электрохимические характеристики крупнокристаллического LMLO в сравнении с материалом, полученным по традиционной технологии.
Эта работа стала результатом сотрудничества Сианьского университета Цзяотун (Китай), Института прикладных материалов-KIT, Института нанотехнологий-KIT, синхротрона DESY (Германия) и синхротрона ALBA.
Результаты исследования опубликованы в открытом доступе в журнале Small.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202201522
#науказарубежом