Российские учёные из Сколковского института науки и технологий (Сколтех) разработали инновационный метод повышения долговечности литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) посредством легирования катодного материала оксидом тантала (Ta₂O₅). Добавление всего 0,5 % тантала значительно замедляет деградацию ёмкости аккумуляторов, что демонстрирует существенное улучшение по сравнению с традиционными материалами. Это открытие открывает новые перспективы для разработки более надёжных аккумуляторов для электромобилей и альтернативных энергетических систем.
Традиционно катоды ЛИА изготавливают из слоистого никеля, что позволяет повысить энергетическую плотность батарей. Однако избыточное содержание никеля может приводить к образованию трещин при циклировании, что негативно сказывается на эксплуатационных характеристиках аккумуляторов.
Одним из перспективных направлений в этой области является разработка катодных частиц с градиентной концентрацией металлов. В таких частицах никель сосредоточен в центре, а стабилизирующие элементы, такие как марганец (Mn) и кобальт (Co), распределены по периферии. Аспирант Сколтеха, Люция Ситникова, подчёркивает важность создания стабильной градиентной структуры, которая достигается с помощью математического моделирования для прогнозирования изменения концентрации металлов в зависимости от условий синтеза. Такой подход позволяет получать разнообразные материалы с улучшенными характеристиками.
Для сохранения градиентной структуры при высокотемпературном внедрении лития был добавлен оксид тантала. Старший научный сотрудник Сколтеха, Александра Савина, отмечает, что высоковалентный тантал создаёт обогащённые области на поверхности кристаллитов, нарушая катионный порядок и формируя защитный слой. Этот слой предотвращает перераспределение металлов при высоких температурах, что существенно повышает стабильность и долговечность аккумулятора.
Результаты данного исследования опубликованы в престижном журнале Advanced Functional Materials, что свидетельствует о высоком уровне научных достижений. В работе были использованы детальное моделирование, модифицированный метод соосаждения и современные аналитические методы. Эти достижения подчёркивают значительный вклад российских учёных в развитие технологий литий-ионных аккумуляторов и открывают новые перспективы для улучшения их характеристик, пишет progorodsamara.ru.