Дослідники з Інституту матеріалознавства та інженерії Нінбо (КНР) і Чиказького університету (США) розробили інноваційний підхід, що забезпечує 100-відсоткове відновлення напруги в акумуляторах, що старіють. Вирішальне значення має розробка матеріалів з нульовим тепловим розширенням (ZTE).
Про це повідомляє видання interestingengineering.com.
Оскільки літій-іонні батареї є дорогим рішенням для зберігання енергії, вчені зацікавлені в збільшенні їхнього терміну служби та забезпеченні більш високої окупності інвестицій.
Дослідники виявили негативне теплове розширення (NTE) в оксидних катодних матеріалах, багатих літієм. Під час нагрівання до 150-250 °C ці матеріали демонстрували стиснення, що є несподіваною поведінкою з огляду на те, що ми знаємо із законів термодинаміки. Вчені приписали цю поведінку термічно обумовленим переходам безлад-порядок. Однак замість того, щоб розглядати це як дефект, вони перетворили його на настроюваний параметр, надаючи більше інформації про взаємозв’язок між активністю кисню та поведінкою NTE.
Вчені розробили перший у світі катод з нульовим тепловим розширенням (ZTE). Він може запобігати тепловому розширенню, підвищуючи його структурну цілісність і довговічність.
Піддаючи матеріал впливу імпульсів 4 В, дослідники успішно реконструювали ґратчасту структуру батареї, яка досягла майже 100-відсоткового відновлення напруги. Це свідчить про те, що більш інтелектуальні системи підзарядки можуть допомогти відновити працездатність старіючих батарей в електромобілях, потенційно подвоївши термін їхньої служби.
Електронегативна природа кисню в літій-іонних акумуляторах використовується для перенесення електронів на катод. Ця оборотна реакція дає змогу батареї працювати, збільшуючи її ємність зберігання на 30%. Хоча це й вигідно, технологія має певні недоліки. Іноді під час заряджання можуть відбуватися незворотні реакції, такі як втрата кисню, що впливає на напругу, яку може досягти акумулятор.
Більш висока щільність енергії також може призвести до асиметричного спотворення решітки, що призводить до зниження напруги і старіння акумулятора. Ймовірно, це може бути пов’язано з тепловим розширенням матеріалів, що використовуються в акумуляторі, що в кінцевому підсумку впливає на продуктивність і скорочує потенційний життєвий цикл акумулятора.