Powietrze niszczy baterie? Koreańscy naukowcy odkryli przyczynę szybszej degradacji

Zwykły etap produkcji, jakim jest kontakt surowców z powietrzem, może niemal podwoić tempo utraty pojemności w nowoczesnych bateriach wysokoniklowych. Badacze z Uniwersytetu Hanyang w Korei Południowej odkryli mechanizm odpowiedzialny za ten proces oraz przedstawili proste rozwiązanie problemu.

Wyniki badań opublikowano na łamach prestiżowego czasopisma „Energy and Environmental Science”. Odkrycie to zwraca uwagę na czynnik, który do tej pory był niedoceniany przez producentów ogniw litowo-jonowych.

Mangan – stabilizator, który staje się pułapką

Baterie wysokoniklowe są cenione za dużą gęstość energii. Aby poprawić ich trwałość i stabilność, producenci powszechnie stosują otoczki ochronne zawierające mangan.

Koreańscy naukowcy ustalili jednak, że przechowywanie półproduktów na wolnym powietrzu całkowicie zmienia właściwości tej warstwy ochronnej:

• Kwaszenie tlenem – tlen z powietrza utlenia mangan znajdujący się na powierzchni cząsteczek.
• Powstawanie defektów – w strukturze materiału pojawiają się zniekształcenia (tzw. efekt Jahna-Tellera).
• Przyspieszona degradacja – uszkodzona powierzchnia staje się bardziej reaktywna. Wchodzi w niekorzystne reakcje z elektrolitem, co niemal dwukrotnie przyspiesza utratę pojemności baterii podczas ładowania i rozładowywania.

Jak podkreśla prof. Jin Ho Bang, kierownik zespołu badawczego, nawet niewielkie różnice w warunkach przechowywania surowców mogą drastycznie wpłynąć na późniejszą trwałość całego ogniwa.

Prosty sposób na uratowanie trwałości ogniwa

Na szczęście naukowcy znaleźli skuteczne rozwiązanie tego problemu bez konieczności całkowitej przebudowy linii produkcyjnych.

Zbadano, że wystarczy nieznacznie zwiększyć ilość litu dodawanego na etapie syntezy materiału katodowego. Ten prosty zabieg chemiczny skutecznie blokuje powstawanie defektów i odbudowuje stabilne wiązania manganu z tlenem.

Zmodyfikowane w ten sposób katody zachowały w testach laboratoryjnych ponad 90% swojej pierwotnej pojemności. Odkrycie to może przyczynić się do wprowadzenia bardziej surowych norm przechowywania surowców w fabrykach baterii na całym świecie.