Розробка Disordered rocksalt має на меті підвищення енергоємності літій-іонних акумуляторів та зменшення використання критичних металів

Перспективи розвитку DRX катодів для підвищення енергоємності акумуляторів

Сучасні відкриття у сфері акумуляторних технологій відкривають двері до майбутнього з безпечнішими та більш енергоємними рішеннями, які можуть зменшити залежність від критично важливих металів, таких як кобальт та нікель. Новий огляд наукових досліджень описує, як маловивчений клас катодних матеріалів для літій-іонних батарей, відомих як катоди з катіонним безладом, або DRX, можуть стати ефективною альтернативою застарілим багатошаровим катодам.

Замість звичних багатошарових структур, DRX катоди використовують гнучку кристалічну структуру, в якій іони літію та металів перехідної групи змішуються хаотично, а не в упорядковані шари. Цей безлад дозволяє зберігати надзвичайно велику кількість енергії та забезпечує швидкий тривимірний транспорт іонів літію. Однак, така структура також викликає нові проблеми стабільності, які на даний момент обмежують комерційне використання.

«DRX катоди пропонують захопливий шлях до акумуляторів з набагато вищою енергоємністю та меншою залежністю від рідкісних елементів, таких як кобальт», – коментує провідний автор Tongen Lin. Втім, найбільшим викликом залишається перетворення їхніх вражаючих теоретичних переваг у стабільні, довговічні та практичні матеріали для реального використання.

Особливості структури DRX матеріалів

Огляд пов’язує ключові питання електрохімічної продуктивності із атомною структурою DRX матеріалів. Дослідники пояснюють, як надлишок літію сприяє швидкому тривимірному дифузійним шляхам, але водночас активує кисневі процеси, що можуть викликати втрату кисню, нестабільність напруги та швидке зниження ємності.

Аналіз вказує на короткочасне упорядкування в межах неорганізованої решітки як ще одну критичну проблему. Навіть незначні локальні зв’язки між катіонами можуть заважати дифузії літію, сповільнюючи транспорт іонів та знижуючи ефективність роботи батарей з часом.

«Нашою метою було піти далі заодночасних спостережень і надати єдину логіку дизайну», – зазначає співавтор Yuan Wang. У статті розглядаються п’ять стратегій дизайну, які демонструють користь для продуктивності DRX катодів. Одна з них полягає у виваженні вмісту літію, щоб іони могли рухатися ефективно, не викликаючи надмірну втрату кисню та супутнє структурне пошкодження.

Стратегії покращення DRX катодів

Інша стратегія передбачає помірну заміну фтору в кристалічній решітці, аби стабілізувати структуру і зменшити шкідливі кисневі реакції. Третій підхід зосереджується на розробці захисних ін