«Несовершенство катодных материалов ограничивает развитие электротранспорта на литий-ионных аккумуляторах, — сказал профессор Центра энергетических технологий Артем Абакумов, руководитель исследования. — Катоды батарей электромобилей обычно изготавливают из слоистых оксидов переходных металлов, в том числе обогащённых никелем. Мы усовершенствовали два материала этого класса, добившись повышения на 10–25% удельной энергоёмкости. То есть катод будет меньше, вся батарея — компактнее. Значит, заняв тот же объём, аккумулятор сможет запасти больше энергии, и пробег на одной зарядке увеличится. В качестве приятного дополнения материал медленнее деградирует, что повышает срок службы катода».
В современных катодах литий-ионных батарей атомы кобальта замещают никель и марганец, отсюда название NMC. Команда профессора Абакумова изменила соотношение атомов никеля, марганца и кобальта, не меняя химического состава материала. Это было достигнуто путем корректировки процесса синтеза материала. Тем самым ученым удалось получить более эффективный катод.
Обычно NMC состоят из частиц, кристаллическая структура которых не идеальна: зерна располагаются случайным образом и в местах их соединений образуются пустоты. У монокристаллических NMC таких проблем нет — они имеют восьмигранника, у которого одна частица соответствует одному зерну, рассказывает сайт Склотеха.
Как объяснили исследователи, монокристаллический NMC с частицами сферической формы занимает меньший объем. Это приводит к увеличению плотности катода, а шаровидная форма позволяет снизить площадь соприкосновению катода с электролитом, то есть разрушительные процессы в материале протекают медленнее, а срок службы батареи — увеличивается.
Кобальт играет важную роль в производительности современных литиевых батарей, хотя добыча этого элемента сопряжена с опасностью для здоровья и зачастую губительно сказывается на окружающей среде. Специалисты из Министерства энергетики США разработали альтернативную архитектуру катода на основе никеля, которая сохраняет высокую стабильность после 200 циклов.
