Примеси в богатых никелем катодах литий-ионных батареях позволяют добиться высоких показателей плотности энергии, но они же делают батарею нестабильной. Команда ученых под руководством Стэнли Уиттингема, одного из изобретателей литий-ионного аккумулятора, возможно, нашла решение этой проблемы — новое покрытие, защищающее ее от снижения емкости.

Примеси на поверхности катода формируются сразу же, в ходе первого цикла заряда и разряда, и тут же снижают емкость аккумулятора на 10%–18%. Вдобавок, никель создает области нестабильности внутри катода, в его структуре, которые со временем также начинают ухудшать емкость.

В 2019 году Уиттингем получил Нобелевскую премию по химии вместе с двумя коллегами за разработку литий-ионной батареи в 1970-х. С тех пор технология прошла большой путь, но ученые, включая его самого, продолжают искать способы усовершенствования аккумуляторов. Один из них — использование в качестве катода никеля-марганца-кобальта, или материала NMC 811.

Уиттингем и его команда из Национальной лаборатории Ок-Ридж проводила испытания экспериментальной химической обработки NMC 811 с применением оксида ниобия без лития, сообщает New Atlas. По расчетам ученых, это должно было предотвратить нестабильность катода. Так и вышло: химическая обработка позволила стабилизировать структуру для сокращения потери емкости, которая обычно происходит в первый цикл.

В итоге эта мера обеспечила лучшую производительность и в долгосрочной перспективе. Емкость сохранилась на уровне 93,2% после 250 циклов. Разработчики видят большой потенциал для новой конструкции батареи, особенно для тех отраслей, где важна высокая плотность энергии, например, в электротранспорте.

В другом исследовании команда ученых из той же Лаборатории разработала альтернативную архитектуру катода на основе никеля, которая сохраняет высокую стабильность после 200 циклов. Они использовали производные никелата лития, которые ученые считают подходящей заменой кобальтовым катодам, но до сих пор не подобрали правильного рецепта, поскольку этот материал обладает структурной и электрохимической нестабильностью.