В журнале Vacuum Science and Technology A, изданном AIP Publishing, исследователи исследуют причины деградации катодных материалов LIB с высокой плотностью энергии и разрабатывают стратегии для смягчения этих механизмов деградации и повышения производительности LIB.
Их исследования могут быть ценными для многих новых приложений, особенно для электромобилей и хранения энергии на уровне сети для возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце.
«Большинство механизмов деградации LIB происходит на поверхностях электродов, которые находятся в контакте с электролитом», – сказал автор Марк Херсам. «Мы стремились понять химический состав этих поверхностей, а затем разработать стратегии минимизации деградации."
Исследователи использовали химическую характеристику поверхности как стратегию для выявления и минимизации остаточных примесей гидроксидов и карбонатов в результате синтеза наночастиц NCA (никель, кобальт, алюминий).
Они поняли, что поверхности катода LIB сначала необходимо подготовить с помощью подходящего отжига, процесса, с помощью которого катодные наночастицы нагреваются для удаления поверхностных примесей, а затем закрепляются в желаемых структурах с атомарно тонким графеновым покрытием.
Наночастицы NCA, покрытые графеном, которые были включены в состав катодов LIB, показали превосходные электрохимические свойства, в том числе низкий импеданс, высокую производительность, высокие объемные плотности энергии и мощности, а также длительный срок службы циклов. Графеновое покрытие также действовало как барьер между поверхностью электрода и электролитом, что еще больше увеличивало срок службы элемента.
Хотя исследователи думали, что одного графенового покрытия будет достаточно для улучшения характеристик, их результаты показали важность предварительного отжига катодных материалов для оптимизации химического состава их поверхности перед нанесением графенового покрытия.
В то время как эта работа была сосредоточена на катодах LIB, богатых никелем, методология могла быть обобщена на другие электроды накопителя энергии, такие как натрий-ионные или магниево-ионные батареи, которые включают наноструктурированные материалы с большой площадью поверхности.
Следовательно, эта работа устанавливает четкий путь вперед для реализации высокопроизводительных устройств хранения энергии на основе наночастиц.
«Наш подход также может быть применен для улучшения характеристик анодов в LIB и связанных с ними технологиях хранения энергии», – сказал Херсам. «В конечном итоге вам необходимо оптимизировать как анод, так и катод, чтобы достичь наилучшей производительности батареи."