Исследователи из университета Райса (частный исследовательский университет в Хьюстоне, США), обнаружили, что дефекты на частицах катода ускоряют поглощение лития. Теоретические расчеты показывают, что открытие может на два порядка улучшить производительность батарей для транспортных средств и систем хранения энергии.
Ученые намерено сформировали ряд специфических дефектов, так называемых антиучастков, на кристаллической решетке катодов из литий-железного фосфата, и это расширило каналы для перемещения ионов.
Антиучастки образуются, если атомы на решетке расположить неправильно. Например, атомы железа попадут на место лития. Обычно дефекты мешают движению ионов лития, и считаются губительными для батареи. Но в этом конкретном случае — при взаимодействии фосфата железа и лития — в катоде образуется множество обходных путей, которые позволяют ионам еще быстрее добраться до реакционной зоны.
Руководитель проекта Мин Тан объясняет, что обычная поверхность катода оставляет для входа лития только узкие каналы, а это замедляет перезарядку батареи. Если подать большое напряжение на такой катод, мощный поток ионов лития может привести его в негодность. Антиучастки решают проблему, равномерно распределяя поток по всей поверхности катода, что позволяет ускорить процесс зарядки.
Кроме того, по мнению ученых, дефекты дают возможность применять частицы большего размера, чем используемые сегодня нанокристаллы. Это также замедлит разрушение катода и повысит энергоемкость аккумулятора.
«Люди постоянно манипулируют дефектами в структурных материалах, таких, как сталь или керамика, — говорит г-н Тан, — но не используют их для совершенствования элементов батарей, т. к. здесь дефекты считаются вредными. Но теперь мы можем получать пользу от них и в производстве аккумуляторов».
