Химики из КНР разработали долговечный и дешевый никелевый катод для литиевых аккумуляторов, который сохраняет более 94% емкости после нескольких сотен циклов разряда-заряда и при этом содержит в себе минимальные количества токсичного кобальта. Перспективы его применения были раскрыты в статье в научном журнале Natue Sustainability.
© РИА Новости
"Переход на использование никеля в качестве основы для производства катодов литиевых аккумуляторов в перспективе позволит снизить стоимость батарей и сделать их более безопасными для природы по сравнению с кобальтовыми электродами, однако этому мешает то, что никелевые катоды быстро деградируют. Мы выяснили, что эту проблему можно решить, если добавить в катод высоковалентные ионы теллура", — пишут исследователи.
Ученые рассматривают множество альтернатив соединения лития, используемого при производстве электролита и анода, однако катод, помимо лития, содержит еще один редкий и токсичный элемент — кобальт. Он осложняет захоронение и переработку батарей, а также его добыча в Африке сопряжена со множеством проблем гуманитарного и социального характера. По этой причине химики в настоящее время активно ищут более дешевую и экологичную замену для кобальта.
Группа китайских химиков под руководством профессора Пекинского университета Ся Динго выяснила, что на эту роль хорошо подходит созданный ими никелевый катод, который лишен двух ключевых недостатков его предшественников. Их объем сильно меняется в процессе зарядки и разрядки аккумулятора, а также при этом в их толще активно формируются агрессивные кислородосодержащие молекулы. И то, и другое ведет к быстрому снижению емкости батареи и ее выходу из строя.
Китайские химики обнаружили, что появления этих деформаций и агрессивных молекул можно избежать, если добавить в катод небольшое количество ионов теллура с максимальной степенью окисления (+6). Их появление в толще катода приводит к образованию наноструктур, состоящих из шести атомов никеля и одного иона теллура, которые стабилизируют кристаллическую решетку этого материала и препятствуют "побегу" электронов из атомов кислорода.
Первые опыты с прототипами аккумуляторов на базе этого катодного материала показали, что он теряет не более 1% своей изначальной емкости после ста циклов заряда и разряда, и лишь 5-6% емкости после нескольких сотен циклов, тогда как аналогичный материал без добавления теллура потерял за аналогичное время более 40% емкости. Это, как считают ученые, открывает дорогу для использования созданного ими катода для производства дешевых и экологичных литиевых батарей.
Источник: rambler.ru
