Это позволило практически полностью восстановить напряжение в стареющих литий-ионных аккумуляторах. Работа опубликована в журнале Nature.
Литий-ионные батареи с катодами на основе литий-содержащих слоистых оксидов обладают рекордной емкостью свыше 300 мА·ч/г благодаря. Однако химические реакции в них приводят к асимметричному искажению кристаллической решетки и падению напряжения, что ускоряет старение батарей.
Решением этой проблемы стал неожиданный эффект: отрицательное тепловое расширение, при котором материал сжимается при нагреве в диапазоне 150–250 °C. Ученые установили, что это связано с переходом от беспорядка к порядку в структуре катода, вызванным температурой. И, что особенно важно, они научились управлять этим процессом.
«Путем точной настройки можно управлять коэффициентом теплового расширения и переводить его из положительного в нулевое или отрицательное состояние», — объяснил один из авторов, Цю Бао.
Команда разработала первую в мире катодную структуру с нулевым тепловым расширением, значительно повысив ее стабильность. При подаче напряжения 4,0 В происходила перестройка решетки, возвращающая материал в упорядоченное состояние и восстанавливающая напряжение почти на 100%.
По мнению ученых, результаты исследования открывают перспективу создания «умных» зарядных систем, которые смогут восстанавливать батареи прямо в процессе использования, продлевая срок их службы вдвое. Таким образом, старые аккумуляторы и даже электромобили могут получить вторую жизнь.
