Ученые разработали новое катодное покрытие, повышающее срок службы и безопасность литий-ионных батарей

Специалисты Аргоннской национальной лаборатории, находящейся в ведении министерства энергетики США, совместно со специалистами Гонконгского научно-технологического университета (Hong Kong University of Science and Technology, HKUST) разработали молекулярное катодное покрытие, которое позволит увеличить срок службы литий-ионных батарей и повысить их безопасность.

Как подчеркивают в Аргоннской лаборатории, катодные покрытия в литиевых батареях используются более 15 лет, хотя и ограниченно. Технологии, применяемые в настоящее время, позволяют захватить только небольшую часть поверхности катода – такое покрытие не обладает достаточной эффективностью в условиях работы при высокой температуре и/или напряжении.

При высоком напряжении катод выделяет кислород, который окисляет электролит, способствуя образованию на катоде нежелательной пленки, увеличивающей энергетические потери. Высокая температура ускоряет этот процесс, что приводит к дальнейшему снижению эффективности батареи.

Новое покрытие из полимера под названием поли-(3,4)-этилендиокситиофен (poly-(3,4)-ethylenedioxythiophene, PEDOT), по словам разработчиков, защищает каждую частицу поверхности катода от нежелательных электрохимических реакций. Оно также повышает энергетическую эффективность батареи за счет облегчения “перемещения электронов и ионов лития в направлении от и к поверхности катода”.

В результате применения нового катодного покрытия литий-ионный элемент сможет работать с напряжением 4.6 В (вместо 4.2 В у сегодняшних элементов). На первый взгляд – не очень большая прибавка, но она позволит существенно уменьшить себестоимость многоэлементных батарей, то есть сократить расходы и производителей, и заказчиков.

Халил Амин (Khalil Amine), специалист Аргоннской лаборатории, говорит, что новая технология также позволит “увеличить дальность электромобилей и время автономной работы ноутбуков и сотовых телефонов, что в конечном счете изменит нашу повседневную жизнь”.

Отчет о данной научной работе опубликован в журнале Nature, а также доступен онлайн в Advanced Energy Materials.