Исследователи: аккумуляторы теряют литий в электроде

Изображение: Ruhr-Universität Bochum | Tong Li

По данным Ruhr-Universität Bochum, научные наблюдения подтверждают предположение о том, что в литиевых батареях ионы лития теряются на медных коллекторах тока. Это может ограничивать их производительность и срок службы.

Каждая потеря лития приводит к снижению емкости литиевых батарей и укорачивает их срок службы. После того как недавние исследования привели к предположению о том, что во время зарядки литий теряется на коллекторах тока, ученые из Ruhr-Universität Bochum во главе с Тонг Ли, а также из Helmholtz Instituts Ulm и Karlsruhe Instituts für Technologie во главе с Домиником Брессером тщательно проверили эту гипотезу.

С помощью атомно-сондовой томографии ученые смогли доказать, что ионы лития действительно встраиваются в медный токопроводящий коллектор. Эта потеря увеличивается с количеством циклов зарядки, даже у самых современных типов аккумуляторов. «Понимание этих процессов имеет огромное значение для аккумуляторов будущего без анодов», — говорит Тонг Ли.

Медный токопроводящий коллектор представляет собой тонкую медную пленку, которая служит носительным слоем для анода аккумулятора и собирает электроны для их направления к минусу. В аккумуляторах на основе металлического лития во время циклов зарядки и разрядки литий может диффундировать в медный токопроводящий коллектор. «Однако до сих пор было неясно, где именно накапливаются ионы лития», — объясняет Ли. «Обнаружить литий в меди сложно из-за отсутствия методов анализа, позволяющих отслеживать высокоактивный и легкий литий».

Исследовательская группа использовала атомно-сондную томографию, которая позволяет создавать точные трехмерные карты любых элементов с разрешением в диапазоне субнанометров. Было установлено, что литий уже после одного цикла зарядки/разрядки начинает связываться с границами кристаллитов и поверхностями медной пластины. После трех циклов поверхность медной пластины становится нанокристаллической и окисляется. Возникающие в результате дефекты продолжают связывать литий и кислород под поверхностью, что приводит к разрушению медного коллектора тока.

«Все эти данные важны для понимания того, как токопроводящий коллектор влияет на характеристики литиевых батарей будущего», — говорит Ли. Ведь литиево-металлические батареи (LMB) и недавно появившиеся LMB с технологией «Zero-Excess» или без анодов считаются следующими значимыми шагами на пути к ещё более высокой энергоемкости. Они должны значительно превзойти существующую технологию литиево-ионных батарей. «В случае LMB с технологией Zero-Excess обычно предполагается, что литий не диффундирует в медный токопроводящий коллектор и не взаимодействует с ним», — поясняет Ли. «В дискуссиях о снижении эффективности LMB потери лития на медный коллектор до сих пор в значительной степени игнорировались».

Также интересно

Об авторе

Томас Лангенбухер — эксперт в области электромобильности с опытом работы в автомобилестроительной и финансовой отраслях. С 2011 года он публикует статьи на сайте ecomento.de о электромобилях, устойчивых технологиях и решениях в сфере мобильности. Узнайте больше.

Взаимодействие с читателями