Дефекты помогут улучшить аккумуляторы
Ученые из Райсовского университета показали, что намеренное формирование дефектов на кристаллах катода ускоряет поглощение лития. Проект может помочь создать более качественные батареи для транспортных средств и систем хранения солнечной энергии.
Объездные пути ускоряют движение. Команда обнаружила, что принцип работает и в аккумуляторах. Размещение специфических дефектов на кристаллической решетке катодов из литий-железного фосфата расширяет каналы для ионов, сообщает sciencedaily.com. Теоретические расчеты могут улучшить производительность батарей на 2 порядка.
Выводы исследования представлены в Computational Materials.
Анти-участки, использованные дефекты, формируются при неправильном расположении атомов на решетке. Так, атомы железа попадают на место лития. Анти-участки мешают его движению, считаясь губительными для батареи. Но, в случае с фосфатом железа и лития, ученые создали в катоде множество обходных путей, позволив ионам добраться до реакционной зоны. Архитектура ускорила скорость зарядки.
«Фосфат железа и лития – распространенный катодный материал и хорошая модель для изучения аккумуляторных циклов», — сказал Мин Тан, проводивший исследование с Ляном Хуном и Кайки Яном.
При вялых поверхностных кинетических реакциях, литий входит в соединение по узкому каналу вокруг фазной границы. Явление замедляет перезарядку батареи.
«Анти-участки обеспечивают более однородное введение вещества. Это ускорит зарядку, — сказал Тан. – Если подать большое напряжение на идеальный катод, можно повредить его за счет сильного потока лития. Дефекты решают проблему, распределяя материал по всей поверхности».
Управлять структурой катода можно за счет отжига. По словам Тана, дефекты также позволяют использовать частицы, больше чем нанокристаллы, для повышения энергоемкости и уменьшения разрушения поверхности.
«Модель дает интересный прогноз – оптимальная конфигурация дефектов зависит от формы частиц, — сказал специалист. – Мы обнаружили, что кластеры с определенным направлением повышают эффективность объездных путей. Следовательно, нужно увеличить их количество на поверхности катода».
Система может служить общей стратегией улучшения компонентов батарей с изменяемым фазовым состоянием.
«Люди постоянно манипулируют дефектами в структурных материалах, вроде стали и керамики. Но их мало используют для улучшения компонентов батарей. Здесь дефекты считаются недостатками. Но мы можем использовать их для улучшения систем», — сказал Тан.
