Российские ученые из Сколковского института науки и технологий (Сколтех) совместно с иностранными коллегами нашли способ сделать современные литий-ионные аккумуляторы более долговечными, эффективными и надежными. Исследование на эту тему недавно было опубликовано в авторитетном международном научном издании Nature Materials.

Литий-ионные аккумуляторы на сегодняшний день являются наиболее распространенными портативными источниками энергии. Их устанавливают в различные электронные устройства, такие как мобильные телефоны, фотоаппараты, ноутбуки и другую подобную технику.

Батареи данного типа работают по следующему принципу: главным источником заряда в них являются ионы лития, и когда аккумулятор разряжается, эти ионы покидают катод, то есть отрицательный электрод батареи. И наоборот – во время зарядки батареи ионы лития заходят в катод обратно. Как правило, внутри катод аккумулятора наполнен смешанным оксидом лития и кобальта.

Общеизвестно, что число циклов перезарядки литий-ионных батарей весьма ограничено. Во время разрядки определенное количество лития покидает кристаллическую решетку смешанного оксида, а потом, при заряде, возвращается. Однако каждый раз в ходе этого процесса некоторая часть лития уже не может вернуться обратно, так как его место постепенно замещают ионы кобальта. Таким образом, емкость батареи со временем сильно снижается.

Российские ученые из Сколтеха совместно с иностранными коллегами нашли способ существенно увеличить срок службы батарей литий-ионного типа. Суть их идеи в том, чтобы поменять саму внутреннюю структуру аккумуляторов. В традиционном варианте катод литий-ионных батарей по своей структуре представляет череду слоев. Ряды лития в таких аккумуляторах перемежаются с прослойками кислорода и какого-либо переходного металла, например, кобальта. Отчасти именно эта структура способствует тому, что ионы лития постепенно покидают катод батареи и уровень заряда аккумулятора с каждым разом становится все меньше.

Специалисты предложили изменить внутреннюю структуру литий-ионных батарей. Их исследования показали, что аккумуляторы становятся более эффективными, если внутренние слои сдвинуть относительно друг друга – в результате этого структура становится не слоистой, а каркасной. Благодаря этому катоды начинают работать гораздо более стабильно, каждый цикл перезарядки больше не влияет столь существенно на потерю ионов, и в результате срок службы батареи существенно увеличивается.