Geliştirilmiş katot malzemesi kullanılarak elektrikli araç bataryalarının kapasite kaybı neredeyse %50 oranında azaltıldı. Rusya’daki araştırmacılar, batarya ömrünü uzatmalarına yardımcı olan katot malzemesini geliştirdiler.
Skoltech araştırmacıları, katot malzemesine yüksek değerlikli tantal eklemeyi önerdi ve %0,5 mol tantal oksit (Ta₂O₅) eklemenin, döngü başına batarya kapasite kaybı oranını neredeyse yarıya indirdiğini keşfetti.
Nikel katkılı oksit katotlar geleceğin elektrikli araç bataryalarına güç sağlayacak
Bu çalışma, elektrikli araçlar, elektronik cihazlar ve enerji depolama sistemleri için daha dayanıklı, güvenli ve güçlü lityum iyon bataryalar oluşturmanın yolunu açıyor. Araştırma ekibi, modern lityum iyon bataryaların daha fazla enerji depolamak için katmanlı nikelce zengin oksit katotlar kullandığını ortaya koydu. Bununla birlikte, nikel içeriği ne kadar yüksekse, batarya o kadar hızlı bozulur. Tekrarlanan şarj ve deşarj, malzeme parçacıklarında yavaş yavaş çatlakların oluşmasına ve kapasite kaybına yol açar.
Olası bir çözüm, nikel içeriğinin katot parçacığının merkezinde en yüksek olduğu bir konsantrasyon gradyan yapısı oluşturmaktır. Ardından, manganez ve kobalt stabilizatörlerinin konsantrasyonu artarken, yüzey yönüne doğru yavaşça azalır. Basın bültenine göre, en önemli ilk zorluk bu gradyanın oluşturulmasıyla ilgili.
Ortak yazar ve Skoltech Malzeme Bilimi Doktora öğrencisi Lyutsia Sitnikova: “Gradyan yapılarında, optimum kalınlıkta ve kararlı manganez ve kobalt açısından zengin bir yüzey oluşturmak ve geçiş metal içeriğinin parçacığın merkezinden kenarlarına doğru doğrusal bir şekilde değişmesini sağlamak çok zordur” diyor
Sitnikova: “Bunu başarmak için, temel sentez parametreleri değiştikçe katot aglomeratındaki nikel, manganez ve kobalt konsantrasyonunun nasıl değişeceğini tahmin eden bir matematiksel model geliştirdik. Araştırmamız, modelimizin parçacıkların küresel şeklini ve yarıçapını hesaba katması bakımından diğer çalışmalardan farklıdır. Bu modeli kullanarak üç farklı gradyan yapı türü sentezledik ve hesaplamaları deneysel verilerle doğruladık” dedi.
Araştırma ekibi ayrıca, malzemenin yüksek sıcaklıkta lityum ile katkılanmasını içeren son üretim aşamasında gradyanın korunmasının da bir başka zorluk olduğunu belirtti. Bu sorunu gidermek için ekip, malzemeye tantal oksit ekledi.
