Вчені з Національної лабораторії Аргонн розробили нову конструкцію з подвійним градієнтом для катодів, яка обіцяє значно підвищити продуктивність літій-іонної батареї та знизити витрати. Це потенційно може прискорити впровадження електромобілів і мережевих накопичувачів енергії.

Ця інновація базується на попередньому прориві Національної лабораторії Аргонн 2012 року, коли дослідники розробили катод з градієнтом композиції, який збільшив щільність енергії та довговічність.

«Команда відкоригувала склад нікелю, марганцю та кобальту в частинках катода, щоб оптимально використовувати корисні характеристики цих металів», - йдеться в пресрелізі.

Нова структура із подвійним градієнтом вдосконалює попередню технологію, включаючи структурні градієнти на додаток до композиційних градієнтів. Ця унікальна конфігурація пропонує кілька переваг. Невпорядкована поверхня підвищує стабільність і запобігає утворенню тріщин, що є поширеною проблемою при роботі високовольтних батарей. Водночас впорядковане ядро ​​забезпечує ефективну передачу літій-іонів, що є вирішальним для швидкого заряджання та розряджання.

Щоб підтвердити ефективність цього нового катода, дослідницька група провела комплексну серію випробувань. Випробування підтвердили чудові характеристики подвійного градієнтного катода. Частинки продемонстрували виняткову структурну та хімічну стабільність під час роботи під високою напругою.

«Після зарядки та розрядки матеріалу 500 разів він втратив лише близько 2% своєї місткості», - стверджується в пресрелізі.

Крім того, нова конструкція значно зменшує кількість необхідного кобальту, який є дефіцитним і дорогим матеріалом. Концентруючи більшу частину кобальту на поверхні частинок, дослідники змогли різко знизити загальний вміст кобальту в катоді.

Концентрація кобальту всередині частинки становила менш як 2% - порівняно з 10-20% у початковій конструкції, підкреслили дослідники. Надалі вони планують ще знизити рівень кобальту - до 1%.

«Це допомагає нам зробити батареї набагато більш екологічними», ─ зазначають дослідники.

На додаток до всього цього, нова конструкція катода також демонструє покращену термостійкість. Це має вирішальне значення для забезпечення безпеки під час роботи під високою напругою.

Національна лабораторія Аргонн запатентувала цю інноваційну конструкцію і процес виготовлення. Тепер справа за ліцензуванням технології галуззю виготовлення акумуляторів.