Учёные из Института Нинбо Китайской академии наук в сотрудничестве с исследователями из Чикагского университета разработали новые материалы с нулевым тепловым расширением. Эта технология позволяет достичь практически 100% восстановления напряжения у стареющих Li-Ion-аккумуляторов.
Об этом сообщает ProIT
Батареи, использующие катоды на основе слоистых оксидов с высоким содержанием лития, способны обеспечивать ёмкость более 300 мА·ч/г благодаря кислородно-окислительным восстановительным химическим реакциям. Однако эти реакции, которые повышают плотность энергии на 30%, приводят к искажению кристаллической решётки и падению напряжения, что, в свою очередь, ускоряет старение аккумуляторов.
Негативное тепловое расширение и его значение
Исследователи обнаружили, что слоистые оксиды катода с высоким содержанием лития имеют негативное тепловое расширение, которое проявляется при нагревании в диапазоне температур 150–250 °C. Этот факт противоречит обычным термодинамическим ожиданиям. Как объясняют учёные, это связано с термически обусловленными переходами от хаотичной к упорядоченной структуре в катоде под воздействием температуры. Учёные научились контролировать этот процесс.
«Путём точной настройки можно управлять коэффициентом теплового расширения и переводить его из положительного в нулевое или негативное состояние», — объясняет ведущий автор исследования Цю Бао.
Разработчикам впервые в мире удалось создать надёжную структуру катода с нулевым тепловым расширением. При напряжении 4,0 В происходит перестройка решётки материала, что обеспечивает восстановление напряжения почти на 100%. По мнению учёных, результаты исследования открывают новые возможности для создания «умных» зарядных систем, которые смогут восстанавливать батареи во время их использования, что удлинит срок их эксплуатации вдвое.
Таким образом, старые аккумуляторы и электромобили могут получить вторую жизнь, что становится возможным благодаря этой инновационной технологии. Это достижение открывает новые горизонты в инженерии материалов и освещает конструкцию функции самовосстановления для высокопроизводительных устройств.