«Попкорновый» катод позволит усовершенствовать литий-ионные батареи

LiFePO₄ (LFP), это натуральный минерал семейства оливиновых, который только начинает приобретать популярность в качестве материала катода литий-ионных батарей, более безопасного и долговечного, чем оксид лития и кобальта (LiCoO₂), традиционно используемый в источниках питания смартфонов, ноутбуков и потребительской электроники.

В попытках оптимизировать скорость зарядки-разрядки LFP прежние исследователи экспериментировали с покрытиями для улучшения электропроводности частиц и уменьшении их размеров для ускорения трансформации. Однако непонимание деталей процесса поглощения и высвобождения ионов лития катодом LFP снижало эффективность таких работ и замедляло широкое внедрение данного материала.

Изучая при помощи сканирующего трансмиссионного рентгеновского микроскопа в Lawrence Berkeley National Laboratory, а затем — трансмиссионного электронного микроскопа в Ливерморе (штат Калифорния), сверхтонкие срезы коммерческих батарей, сотрудники лабораторий корпорации Sandia (предприятие компании Lockheed Martin) нашли доказательства того, что зарядка и разрядка в LFP ограничиваются началом фазовой трансформации и не зависят от размера частиц.

Один из авторов статьи, опубликованной по итогам исследований в журнале Nano Letters, Фарид Эль Габали (Farid El Gabaly) сравнивает процесс разрядки с приготовлением воздушной кукурузы. «Сначала полностью разряжается одна частица, потом другая, одна за другой, как попкорн, поглощая литий».

Электрод LFP в поперечном сечении, на разных стадиях зарядки, представляет собой мозаику, в которой обедненные и обогащенные литием частицы соседствуют друг с другом. «Мы наблюдали только две фазы: частица либо содержит литий, либо нет», — отметил Эль Габали.

Ученые изготовляли для опытов плоские таблеточные батареи коммерческого класса из сырьевых материалов, используя собственную линию Sandia Lab по прототипированию ячеечных батарей в Нью-Мексико. Батареи заряжались, тестировались на нормальное поведение, а затем разбирались посредством нового процесса нарезания слоев с сохранением пространственной конфигурации между катодом и анодом.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI