Литий-ионные аккумуляторы используются для питания широкого спектра устройств, включая смартфоны, ноутбуки, планшеты и камеры. Несмотря на свои преимущества, такие батареи не всегда сохраняют свою работоспособность. Ученые описали новую стратегию по восстановлению лития в статье для журнала Nature Energy.

Одна из основных причин снижения производительности некоторых батарей — в том, что содержащийся в них литий иногда становится неактивным, или «мертвым». Он может вызвать снижение емкости и тепловой пробой. В конечном итоге это может сократить срок службы батареи и ухудшить ее характеристики.

Исследователи из Технологического университета Чжэцзян в Китае и Аргоннской национальной лаборатории в США разработали стратегию восстановления неактивного лития в анодах. Новая стратегия основана на химической реакции, известной как окислительно-восстановительный потенциал йода.

Межфазная фаза твердого электролита (SEI) — это слой, который образуется на аноде литий-ионных батарей во время первых нескольких циклов зарядки. Пассивирующий слой играет решающую роль в обеспечении эффективности, стабильности и безопасности батарей.

В типичном литий-ионном аккумуляторном элементе с обычным графитовым анодом межфазная фаза твердого электролита (SEI) обычно состоит из LiF в сочетании с Li₂CO₃, алкилкарбонатом и другими веществами. Недавние исследования показали, что в батареях с металлическим литиевым анодом SEI в основном состоит из Li₂O, а не из LiF. В этих батареях изменение объема Li-покрытия может поставить под угрозу механическую целостность и пассивирующую роль SEI на основе Li₂O. Это, в свою очередь, может привести к образованию «мертвого лития».

Рисунок, обобщающий стратегию восстановления Li, разработанную исследователями. Предоставлено: Джин и др. (Энергия природы).

Проведя исследование, ученые выяснили, что именно потеря Li в SEI и мертвые частицы лития являются основными причинами снижения производительности, часто наблюдаемого в металлических литиевых батареях. Это наблюдение вдохновило их на разработку метода восстановления мертвого лития с использованием окислительно-восстановительной химической реакции йода.

Ученые смогли создать полностью заряженный аккумуляторный элемент с очень небольшим содержанием лития в аноде. У этой ячейки срок службы составил 1000 циклов и достиг высокой кулоновской эффективности 99,9%.