Литиевые батареи, которые используются для питания электронных устройств уже более 15 лет применяют технологию катодного покрытия. Однако батареи имеют некоторые проблемы с эффективностью, в том числе, из-за защитных покрытий. Исследователи разработали новое катодное покрытие, которое может сделать литий-ионные батареи более безопасными и долговечными.
Основная проблема литий-ионных батарей заключается в том, что электрод (или катод) внутри батарей может генерировать избыток кислорода, который вступает в реакцию с электролитом — веществом, проводящим электрический ток. В процессе формируется пленка на поверхности катода, которая уменьшает количество энергии, передаваемой между электродами. Это снижает работоспособность всей батареи.
Чтобы исправить проблему, катоды в большинстве литий-ионных батарей имеют специальные покрытия, которые уменьшают отрицательный эффект. Но покрытия замедляют вход и выход ионов лития, снижая эффективность. Поскольку материал не покрывает всю поверхность, может происходить разрушение батареи при более высокой температуре и напряжении.
Для нового исследования ученые из Аргоннской национальной лаборатории (США) и Гонконгского университета науки и технологии (HKUST) изучали альтернативные покрытия, чтобы помочь батареям работать дольше.
Команда исследователей остановилась на проводящем полимере под названием PEDOT. Это вещество, как было обнаружено, защищало катод, в то же время позволяя ионам лития и электронам проходить через полимер. PEDOT наносится методом окислительного химического осаждения из паровой фазы, в котором используется газ, чтобы обеспечить нанесение покрытия на каждую частицу катода, образуя прочную оболочку. Полимер покрывает каждую отдельную частицу катода и тем самым превосходит обычные покрытия, которые только частично покрывают кадоты.
Новое покрытие способно повысить рабочее напряжение батареи до 4,6 В по сравнению с 4,2 В на существующих литий-ионных батареях. Команда говорит, что это уменьшит стоимость батарейных блоков и продлит срок службы устройств.
Ученые говорят, что открытие знаменует прорыв в технологии литий-ионных аккумуляторов, поскольку новое покрытие полностью защищает каждую частицу катода внутри и снаружи.
«Покрытие увеличит срок вождения электромобилей и время автономной работы мобильных телефонов и ноутбуков, что в конечном итоге изменит наш образ жизни». — сказал Халил Амин, автор исследования.
Исследование было опубликовано в двух статьях. Первая в журнале Advanced Energy Materials, другая в журнале Nature.