Науковці з Інституту Нінбо Китайської академії наук у співпраці з дослідниками з Чиказького університету розробили нові матеріали з нульовим тепловим розширенням. Ця технологія дозволяє досягти практично 100% відновлення напруги у старіючих Li-Ion-акумуляторах.
Про це розповідає ProIT
Батареї, що використовують катоди на основі шаруватих оксидів з високим вмістом літію, здатні забезпечувати ємність понад 300 мА·год/г завдяки киснево-окислювальним відновлювальним хімічним реакціям. Проте ці реакції, які підвищують щільність енергії на 30%, призводять до спотворення кристалічної ґратки та падіння напруги, що, в свою чергу, пришвидшує старіння акумуляторів.
Негативне теплове розширення та його значення
Дослідники виявили, що шаруваті оксиди катоду з високим вмістом літію мають негативне теплове розширення, яке проявляється при нагріванні в діапазоні температур 150–250 °C. Цей факт суперечить звичайним термодинамічним очікуванням. Як пояснюють науковці, це пов’язано з термічно обумовленими переходами від хаотичної до впорядкованої структури в катоді під впливом температури. Вчені навчилися контролювати цей процес.
«Шляхом точного налаштування можна керувати коефіцієнтом теплового розширення та переводити його з позитивного в нульовий чи негативний стан», — пояснює провідний автор дослідження Цю Бао.
Розробникам вперше у світі вдалося створити надійну структуру катода з нульовим тепловим розширенням. При напрузі 4,0 В відбувається перебудова решітки матеріалу, що забезпечує відновлення напруги майже на 100%. На думку вчених, результати дослідження відкривають нові можливості для створення «розумних» зарядних систем, які зможуть відновлювати батареї під час їх використання, що подовжить термін їхньої експлуатації вдвічі.
Таким чином, старі акумулятори та електромобілі можуть отримати друге життя, що стає можливим завдяки цій інноваційній технології. Це досягнення відкриває нові горизонти в інженерії матеріалів та освітлює конструкцію функції самовідновлення для високопродуктивних пристроїв.
