Ученые одной из лабораторий Минэнергетики США выяснили, почему выходят из строя литий-ионные аккумуляторы. Оказалось, что все дело в атомах кислорода, которые разрушают решетку катода батареи.
При зарядке литий-ионной батареи поток ионов лития идет от катода к аноду через электролит, а при разрядке этот процесс протекает уже в обратном направлении. Правда, чтобы увеличить поток ионов лития, в катоде используются так называемые доноры электронов, одним и которых является кислород. Исследователи давно знали, что использование кислорода помогает увеличить емкость батареи, но как и за счет чего это происходит, они имели смутное представление.
Накануне американские ученые опубликовали научную работу, которая объясняет, как кислород, помимо полезной работы, выполняет также роль разрушителя катода. Оказалось, что кислород, при уходе ионов лития со своих мест в решетке катода, отдает свои электроны, а сам становится «хулиганом», покидая место на поверхности и заполняя образовавшиеся дыры. Вскоре это процесс начинает напоминать цепную реакцию, больше похожую на то, как разрушается больной зуб – сначала появляется одна маленькая черная точка, затем она превращается в небольшую дырочку, которая становится все глубже и шире, пока не превратится в дупло. Примерно также разрушается и катод, из-за чего батарея начинает плохо держать заряд, ее емкость уменьшается, пока она совсем не прекращает работать.
Теперь исследователи ищут способы стабилизировать атомы кислорода на поверхности решетки катода, чтобы им не хотелось становиться «хулиганами» и убегать со своих мест. В качестве своеобразного телохранителя в данный момент рассматриваются молекулы диоксида циркония, но ученым предстоит провести еще не одну серию опытов, чтобы достичь поставленной цели.
