Дослідники: акумулятори втрачають літій у колекторі

Зображення: Ruhr-Universität Bochum | Tong Li

За даними Ruhr-Universität Bochum, наукові спостереження підтверджують припущення про те, що в літій-акумуляторах іони літію втрачаються біля мідного колектора струму. Це може обмежувати їхню продуктивність та термін служби.

Кожна втрата літію призводить до зниження ємності літій-акумуляторів та скорочує їхній термін служби. Після того, як нещодавні дослідження призвели до припущення про втрату літію під час заряджання біля колектора струму, дослідники з Ruhr-Universität Bochum на чолі з Tong Li, а також з Helmholtz Instituts Ulm та Karlsruhe Instituts für Technologie на чолі з Dominic Bresser ретельно перевірили цю гіпотезу.

За допомогою атомно-сондової томографії вчені змогли довести, що іони літію дійсно вбудовуються у мідний струмоотримувач. Ця втрата зростає з кількістю циклів заряджання, навіть у найсучасніших типах акумуляторів. „Розуміння цих процесів має велике значення для акумуляторів майбутнього без анодів“, — каже Тонг Лі.

Мідний струмоотримувач — це тонка мідна плівка, яка слугує носійним шаром для аноду акумулятора та збирає електрони, щоб спрямувати їх до мінусового полюса. У акумуляторах на основі металевого літію під час циклів заряджання та розряджання літій може дифундувати у мідний струмоотримувач. „Проте досі було незрозуміло, де саме накопичуються іони літію“, — пояснює Лі. „Літій у міді важко виявити через брак аналітичних методів для відстеження надактивного та легкого літію.“

Дослідницька команда використала атомну скануючу томографію, яка дозволяє створювати точні тривимірні карти будь-яких елементів з роздільною здатністю у діапазоні субнанометрів. Було виявлено, що літій вже після одного циклу заряджання/розрядження починає прив’язуватися до меж зерен та поверхонь мідної плівки. Після трьох циклів поверхня мідної плівки стає нанокристалічною та окислюється. Виниклі внаслідок цього дефекти продовжують прив’язувати літій та кисень під поверхнею, що призводить до розкладання мідного колектора струму.

„Уся ця інформація є важливою для розуміння того, як електропровідний колектор впливає на продуктивність літійних акумуляторів майбутнього“, — каже Лі. Адже літій-металеві акумулятори (LMB) та нещодавно з’явлені „Zero-Excess“-або „безанодні“ LMB вважаються наступними значущими кроками на шляху до ще вищої енергетичної щільності. Вони мають значно перевершити нині панівну технологію літій-іонних акумуляторів. „У випадку Zero-Excess-LMB зазвичай припускається, що літій не дифундує в мідний електропровідний колектор та не взаємодіє з ним“, — пояснює Лі. „У дискусіях щодо зниження продуктивності LMB втрати літію через мідний колектор досі залишалися майже непоміченими“.

Також цікаво

Про автора

Томас Лангенбухер — експерт з електромобільності, який має досвід роботи в автомобільній промисловості та фінансовому секторі. З 2011 року він пише на сайті ecomento.de про електромобілі, сталі технології та рішення в галузі мобільності. Дізнайтеся більше.

Інтеракція з читачами