Покритие от циркониев сулфид с дебелина едва няколко нанометра може значително да удължи живота на литиево-йонните батерии. Ново изследване показва, че то подобрява издръжливостта на популярния катоден материал NMC811 от около 200 до над 1000 цикъла на зареждане.
Един от основните проблеми, които спират по-бързото разпространение на електромобилите, остава ограничената издръжливост и пробег на литиево-йонните батерии. Потребителите се опасяват от бързо износване на акумулаторите и от ситуации, в които могат да останат далеч от зарядна станция.
Именно затова учените активно търсят по-стабилни катодни материали. Сред най-обещаващите е литиевият никел-манган-кобалтов оксид – известен като NMC811, който привлича интерес с високата си енергийна плътност и сравнително ниска цена.
Материалът обаче има слабост. При многократно зареждане и разреждане от катода се отделя кислород, което постепенно влошава характеристиките на клетката.
Освободеният кислород може да окислява електролита и да образува газове и други нежелани странични продукти. В някои случаи това създава риск от прегряване и дори запалване на батерията.
Изследване, публикувано в научното списание Small, предлага потенциално решение на този проблем. Екип от Университета на Арканзас разработва метод за нанасяне на ултратънко покритие от циркониев сулфид върху предварително изработени катоди от NMC811 чрез процес на атомнослойно отлагане.
Полученият слой е с дебелина едва около два нанометра. Това покритие действа като своеобразен „уловител“ на кислород. При работа на батерията сулфидният слой реагира с отделения кислород и се превръща в сулфат.
Трансформацията се оказва ключова, защото образуваният сулфатен слой защитава електролита от разпад, стабилизира границата между катода и електролита и ограничава появата на микропукнатини в структурата на материала.
Резултатите са впечатляващи. При стандартен NMC811 катод животът на клетката обикновено е около 200 цикъла. След прилагане на новото покритие издръжливостта надхвърля 1000 цикъла, а след 1300 цикъла батерията все още запазва приблизително 60% от първоначалния си капацитет.
Подобни слоеве представляват „устойчиви и антиоксидантни защитни бариери“ за катодните материали, казва ръководител на проекта доц. Сянбо „Хенри“ Мън от Университета на Арканзас. Екипът му вече е потвърдил подобни сулфидно-сулфатни преобразувания при различни съединения, включително Li₂S, Al₂S₃, ZnS и Cu₂S.
Ако технологията бъде внедрена в индустрията, тя би могла да подобри едновременно безопасността и дълготрайността на батериите – ключов фактор за електромобилите.
Но технологията има потенциал далеч отвъд електрическите коли. Подобни катодни материали се използват масово и в батериите на смартфони, лаптопи и други преносими устройства.
Това означава, че подобен тип интерфейсно инженерство може да се превърне в ключов инструмент за по-дълготрайни и по-безопасни енергийни системи.
