Главная / Технологии / Технология покрытия катода li-ion аккумулятора самособирающимся монослоем

Технология покрытия катода li-ion аккумулятора самособирающимся монослоем

Команда разработчиков из университета Shinshu, расположенного в японском городе Нагано, вплотную приблизились к разработке тонких, и в то же время емких, литий-ионных батарей, которые могут найти широкое применение в качестве хранилищ электроэнергии, в том числе и в электромобилях. Ими разработана технология покрытия катода самособирающимся монослоем, выполняющим защитную функцию.

Руководит работами профессор Katsuya Teshima, директор Центра энергетики и экологии (Center for Energy and Environmental Science – CEES) в Университете Shinshu в Японии.

Профессор отдела химии материалов в CEES Nobuyuki Zettsu говорит:

«Литиево-ионные батареи – весьма перспективные системы хранения энергии для электрических транспортных средств, которым требуются высокие параметры энергетических плотностей используемых аккумуляторов. Однако их высокие рабочие напряжения обычно приводят к разрушению поверхности электрода из-за окислительных процессов материала, что впоследствии приводит к появлению всевозможных побочных реакций.»

Для решения проблемы разработчики занялись исследованием электрических и электрохимических свойств высоковольтного (> 4.8 В) катода. Другие исследовательские группы пытались уменьшить эрозию катода за счет покрытия его различными материалами. К сожалению, при этом не удалось увеличить эффективность батарей.

Японские исследователи пошли несколько другим путем, использовав нанесенный на поверхность катода самособирающийся монослой (self-assembled monolayer), представляющий собой ультратонкую пленку фторалкилисилана (fluoroalkylisilane), разновидности силикона. Пленка толщиной всего в один атом располагается на поверхности катода таким образом, что не препятствует прохождению ионов лития, но подавляет нежелательные реакции между электролитом и электродом, предохраняя последний от разрушения.

Помимо этого, при помощи такого покрытия удалось повысить удельную мощность и увеличить количество циклов заряд/разряд высоковольтного аккумулятора. Как заметили исследователи, взаимодействие между катодом и электролитом сведено к минимуму, а емкость батареи осталась прежней даже после сотни циклов зарядки и разрядки.

По словам профессора Zettsu:

«Осажденные самособирающиеся однослойные покрытия уменьшили активационный барьер между переносимыми ионами лития и стабилизированными ионами вблизи поверхности, что положительно сказалось на электрохимических реакциях, протекающих на границе раздела между электродом и электролитом.»

Для изготовления высоковольтных катодных материалов применение поверхностных самособирающихся покрытий может стать именно той технологией, которая позволит избавиться от необходимости выбора того, чему отдать предпочтение — эффективности или долговечности аккумулятора.

В то же время, профессор Zettsu заявил, что весь эффект от использования такого покрытия для всех частей аккумулятора еще требует внимательного изучения с целью выявить возможные побочные эффекты.

Тем не менее, достигнутые результаты позволяют по-новому подойти к вопросу проектирования литий-ионных батарей на базе высоковольтных ячеек с улучшенными электрохимическими свойствами.

Разработчики планируют внедрить технологию использования тонкопленочных покрытий в производство к 2022-му году в кооперации с производителями аккумуляторов и автомобилей. Это актуальная задача, учитывая ужесточающиеся требования к уменьшению вредных выбросов в атмосферу. Параллельно с этим, актуальной задачей является увеличение эффективности аккумуляторов.

В настоящее время ведется работа по проектированию и производству экземпляров батарей, изготовленных с использованием новой технологии, для применения в гибридных и электрических транспортных средствах.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *