Більшість твердих матеріалів розширюються при нагріванні та стискаються при охолодженні. Однак деякі з них поводяться навпаки — розширюються в холоді. Один із таких матеріалів, літій-титан-фосфат, може стати розв’язанням проблеми різкого зниження ефективності літій-іонних батарей у холодному середовищі.
Про це розповідає Tech Xplore.
Як можна уникнути зниження ефективності літій-іонних батарей
У журналі Angewandte Chemie International Edition китайські науковці опублікували дослідження, яке підтверджує придатність літій-титан-фосфату для використання в електродах акумуляторів.
Літій-іонні батареї, а також інші акумулятори на основі металів, є джерелом енергії для наших портативних пристроїв, вони живлять електромобілі та забезпечують зберігання сонячної та вітрової енергії. Проте їхня ефективність значно знижується за низьких температур, що створює труднощі для електромобілів, авіакосмічної галузі та військової техніки.
Наявні рішення, такі як інтегровані нагрівачі, покращені електроліти або покриття електродів, збільшують вартість та ускладнюють виробництво батарей, а також можуть знижувати їхню продуктивність.
Однією з причин такої “холодної” проблеми є уповільнення дифузії іонів літію в матеріалі електродів. Команда дослідників з університетів Дунхуа, Фудань (Шанхай) та Внутрішньої Монголії (Хух-Хото) запропонувала новий підхід — виготовлення електродів з матеріалів для зберігання енергії, які мають властивість негативного теплового розширення (NTE). До таких матеріалів належить літій-титан-фосфат (LTP).
Під керівництвом Лімін Ву, Чуньфу Ліня та Женьчао Че, дослідники використали LTP як модельний матеріал для демонстрації його здатності працювати за низьких температур.
Аналіз кристалічної структури LTP показав тривимірну решітку з TiO₆ октаедрів та PO₄ тетраедрів. Її гнучка структура містить “порожнини” та “канали”, де можуть розміщуватись іони літію. При охолодженні структура розтягується вздовж однієї з кристалічних осей.
За допомогою спектрометричного та електронного мікроскопічного аналізу разом із комп’ютерним моделюванням команда з’ясувала, що при низьких температурах змінюються вібраційні режими атомів. Це призводить до збільшення відстаней між деякими атомами кисню, що розширює порожнини в решітці та сприяє транспортуванню іонів літію.
Навіть при -10°C швидкість дифузії іонів становила 84% від показника при 25°C. Електрохімічні тести покритого вуглецем LTP за -10°C також продемонстрували високу місткість, здатність до швидкого заряджання/розряджання та стабільність протягом понад 1 000 циклів зарядки/розрядки.
Отже, матеріали з негативним тепловим розширенням є перспективними для використання як електродів у літій-іонних батареях, призначених для роботи в холодних умовах.
Нагадаємо, китайські вчені здійснили революцію в ядерній енергетиці. Вони знайшли спосіб вилучати уран з морської води за допомогою свічкового воску.
Також ми писали, що вчені розробили новий пристрій для посилення мікрохвильових сигналів. Для цього вони використали унікальний фіолетовий діамант.
