Физики прояснили критичный для совершенствования батарей вопрос

Исследователям из Berkeley Lab удалось, применив сочетание различных методов микроскопии и спектроскопии, внести определённость в бывший предметом интенсивных дискуссий на протяжении 10 лет вопрос о структуре обогащенных литием и марганцем оксидов переходных металлов.

Значение этого материала состоит в том, что он позволяет удвоить ёмкость литий-ионных батарей благодаря способности поглощать больше лития. Однако, в лабораториях такие устройства демонстрируют быстрое снижение напряжения, ёмкости и сопротивления постоянному току. Для того, чтобы решить эти проблемы необходимо иметь ясное представление об объёмной и поверхностной структуре материала.

Коллектив под руководством Альпеша Шуклы (Alpesh Khushalchand Shukla) и Колина Офуса (Colin Ophus) потратил четыре года на проверку трёх основных гипотез в отношении структуры обогащенных оксидов: одиночной тригональной фазы, двойной фазы и однофазной моноклинной сингонии с дислокациями. В итоге они пришли к заключению, что истине соответствует последняя, наименее популярная из всех. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature.

Помимо определения объёмной структуры авторы изучили строение материала на поверхности, там, откуда собственно и начинается внедрение лития. Используя спектроскопию характеристических потерь энергии электронами (EELS) и энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию (XEDS) они впервые определили тип и толщину поверхностной структуры, её ориентацию по отношению к остальному объёму и то, какие кристаллографические грани поверхностной фазы существуют, а какие нет.

Существенное повышение вместимости батарей ознаменовало бы переворот не только на рынках смартфонов и ноутбуков, но также трансформировало бы рынок электромобилей. «Проблема современных литий-ионных батарей, используемых в лэптопах и электромобилях, состоит в том, что из этой технологии уже практически выжато все возможное, — утверждает Офус. — Если мы планируем когда-нибудь удвоить ёмкость, для этого потребуется новая химия».

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365