Ученые нашли способ увеличить эффективность аккумуляторов зимой
Поделиться
Большинство твердых материалов расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Однако некоторые из них ведут себя наоборот — расширяются в холоде. Один из таких материалов, литий-титан-фосфат, может стать решением проблемы резкого снижения эффективности литий-ионных батарей в холодной среде.
Об этом рассказывает Tech Xplore.
Как можно избежать снижения эффективности литий-ионных батарей
В журнале Angewandte Chemie International Edition китайские ученые опубликовали исследование, которое подтверждает пригодность литий-титан-фосфата для использования в электродах аккумуляторов.
Литий-ионные батареи, а также другие аккумуляторы на основе металлов, являются источником энергии для наших портативных устройств, они питают электромобили и обеспечивают хранение солнечной и ветровой энергии. Однако их эффективность значительно снижается при низких температурах, что создает трудности для электромобилей, авиакосмической отрасли и военной техники.
Настоящие решения, такие как интегрированные нагреватели, улучшенные электролиты или покрытия электродов, увеличивают стоимость и усложняют производство батарей, а также могут снижать их производительность.
Одной из причин такой "холодной" проблемы является замедление диффузии ионов лития в материале электродов. Команда исследователей из университетов Дунхуа, Фудань (Шанхай) и Внутренней Монголии (Хух-Хото) предложила новый подход — изготовление электродов из материалов для хранения энергии, которые обладают свойством отрицательного теплового расширения (NTE). К таким материалам относится литий-титан-фосфат (LTP).
Под руководством Лимин Ву, Чуньфу Линя и Женьчао Че, исследователи использовали LTP в качестве модельного материала для демонстрации его способности работать при низких температурах.
Анализ кристаллической структуры LTP показал трехмерную решетку из TiO₆ октаэдров и PO₄ тетраэдров. Ее гибкая структура содержит "полости" и "каналы", где могут размещаться ионы лития. При охлаждении структура растягивается вдоль одной из кристаллических осей.
С помощью спектрометрического и электронного микроскопического анализа вместе с компьютерным моделированием команда выяснила, что при низких температурах изменяются вибрационные режимы атомов. Это приводит к увеличению расстояний между некоторыми атомами кислорода, что расширяет полости в решетке и способствует транспортировке ионов лития.
Даже при -10°C скорость диффузии ионов составляла 84% от показателя при 25°C. Электрохимические тесты покрытого углеродом LTP при -10°C также продемонстрировали высокую емкость, способность к быстрой зарядке/разрядке и стабильность в течение более 1 000 циклов зарядки/разрядки.
Следовательно, материалы с отрицательным тепловым расширением являются перспективными для использования в качестве электродов в литий-ионных батареях, предназначенных для работы в холодных условиях.
Напомним, китайские ученые совершили революцию в ядерной энергетике. Они нашли способ извлекать уран из морской воды с помощью свечного воска.
Также мы писали, что ученые разработали новое устройство для усиления микроволновых сигналов. Для этого они использовали уникальный фиолетовый бриллиант.
Читайте Новини.LIVE!
