Він зберігає понад 94% місткості після кількох сотень циклів розряду-заряду і при цьому містить у собі мінімальні кількості токсичного кобальту.
Хіміки з КНР розробили довговічний і дешевий нікелевий катод для літієвих акумуляторів, який зберігає понад 94% місткості після кількох сотень циклів розряду-заряду і при цьому містить у собі мінімальні кількості токсичного кобальту. Перспективи його застосування були розкриті в статті в науковому журналі Natue Sustainability.
«Перехід на використання нікелю як основи для виробництва катодів літієвих акумуляторів у перспективі дасть змогу знизити вартість батарей і зробити їх безпечнішими для природи порівняно з кобальтовими електродами, однак цьому заважає те, що нікелеві катоди швидко деградують. Ми з’ясували, що цю проблему можна вирішити, якщо додати в катод високовалентні іони телуру», – пишуть дослідники.
Вчені розглядають безліч альтернатив з’єднання літію, використовуваного під час виробництва електроліту й анода, однак катод, крім літію, містить ще один рідкісний і токсичний елемент – кобальт. Він ускладнює заховання і перероблювання батарей, а також його видобуток в Африці пов’язаний з безліччю проблем гуманітарного та соціального характеру. З цієї причини хіміки нині активно шукають дешевшу й екологічнішу заміну для кобальту.
Група китайських хіміків під керівництвом професора Пекінського університету Ся Дінго з’ясувала, що на цю роль добре підходить створений ними нікелевий катод, який позбавлений двох ключових недоліків його попередників. Їхній об’єм сильно змінюється в процесі заряджання і розряджання акумулятора, а також при цьому в їхній товщі активно формуються агресивні кисневмісні молекули. І те, і інше веде до швидкого зниження місткості батареї та її виходу з ладу.
Китайські хіміки виявили, що появи цих деформацій і агресивних молекул можна уникнути, якщо додати в катод невелику кількість іонів телуру з максимальним ступенем окислення (+6). Їхня поява в товщі катода призводить до утворення наноструктур, що складаються з шести атомів нікелю та одного іона телуру, які стабілізують кристалічну решітку цього матеріалу і перешкоджають «втечі» електронів з атомів кисню.
Перші досліди з прототипами акумуляторів на базі цього катодного матеріалу показали, що він втрачає не більше ніж 1% своєї початкової місткості після ста циклів заряду й розряду, і лише 5-6% місткості після кількох сотень циклів, тоді як аналогічний матеріал без додавання телуру втратив за аналогічний час понад 40% місткості. Це, як вважають учені, відкриває дорогу для використання створеного ними катода для виробництва дешевих і екологічних літієвих батарей.