Учёные РФ вдвое замедлили деградацию литий‑ионных аккумуляторов электромобилей

Российские исследователи из Сколтеха представили способ заметно продлить срок службы литий‑ионных аккумуляторов. Они предложили легировать катодный материал высоковалентным танталом и показали, что добавка всего 0,5 мольных процентов оксида тантала (Ta₂O₅) практически вдвое снижает скорость потери ёмкости на цикл. Работа опубликована в журнале Advanced Functional Materials и открывает путь к созданию более долговечных и безопасных батарей для электромобилей, портативной электроники и систем накопления энергии.

Современные высокоэнергоёмкие литий‑ионные аккумуляторы используют катоды на основе слоистых никельсодержащих оксидов. Чем больше в них никеля, тем выше энергоёмкость — но тем быстрее материал разрушается: при циклировании в частицах катода медленно накапливаются трещины, структуры «расслаиваются», и ёмкость падает. Один из перспективных подходов — градиентные частицы: в центре максимум никеля, к поверхности его доля снижается, а концентрация стабилизаторов, марганца и кобальта, растёт.

Как объясняет соавтор работы, аспирант Сколтеха Люция Ситникова, главная проблема заключалась в точном управлении этим градиентом. Команда разработала математическую модель, которая предсказывает, как будут перераспределяться металлы при разных параметрах синтеза, а затем по её подсказкам получила несколько вариантов катодных материалов. Второй вызов — сохранить тонкую градиентную структуру на финальной стадии, при высокотемпературном внедрении лития, когда компоненты стремятся «перемешаться» и укрупниться.

Решение оказалось в добавке Ta₂O₅. Старший научный сотрудник Сколтеха Александра Савина отмечает, что высоковалентный тантал не просто встраивается в решётку, а сегрегирует на поверхности первичных кристаллитов, вызывая контролируемое катионное разупорядочивание в слоистой структуре. При этом танталообогащённые области не образуют отдельной фазы: они эпитаксиально продолжают кристаллическую решётку и формируют на поверхности слой толщиной в несколько нанометров. Такая «оболочка» эффективно подавляет перераспределение металлов и рост частиц при высоких температурах.

Испытания показали: легирование танталом снижает скорость деградации ёмкости почти вдвое по сравнению с исходным материалом. Исследование сочетает моделирование, модифицированный метод соосаждения и детальный структурный анализ с использованием просвечивающей электронной микроскопии, что делает результаты не просто лабораторной «удачей», а отработанной технологической концепцией для будущих промышленных катодов, сообщает new-science.ru.

Читайте также:

• Наряжать новогоднюю елку шарами и мишурой теперь не модно: 3 самых трендовых способа украшения
• Дети с внуками не слушают, а зря: 8 бабушкиных мудростей, после которых деньги будут водиться всегда
• Будет как новая: Как удалить мерзкий запах с деревянной разделочной доски — натуральный освежитель
• Мяса нет, одна лишь химия: Роскачество назвало россиянам бренд куриного филе, который покупать не стоит
• Синоптик Вильфанд рассказал, когда в РФ выпадет снег — уверен в этом