Открытие может привести к созданию более долговечных аккумуляторов для электромобилей и ускорить переход на новые источники энергии, считают авторы исследования.
Международная группа исследователей определила основную причину деградации аккумуляторов с течением времени — саморазряда. Образующиеся в процессе зарядки атомы водорода ухудшают работу катода. Открытие поможет разработать более совершенные батареи для электромобилей и электроники.
В литий-ионной батарее ионы лития перемещаются от положительного (андода) к отрицательному полюсу (катоду) через раствор электролита. Это формирует ток, который питает устройства от телефонов до ноутбуков и даже электромобилей. Ионы лития возвращаются на анод в процессе зарядки, и цикл может повторяться.
Ранее ученые считали, что батареи саморазряжаются, потому что не все ионы лития возвращаются к аноду при зарядке, что уменьшает количество заряженных ионов, доступных для формирования тока и обеспечения мощности.
Используя мощный рентгеновский аппарат в Аргоннской национальной лаборатории, ученые обнаружили, что молекулы водорода из электролита батареи перемещаются к катоду и занимают места, с которыми обычно связываются ионы лития. В результате у ионов лития остается меньше мест для связывания на катоде, что ослабляет электрический ток и снижает емкость батареи.
Теперь, когда исследователи понимают, что вызывает саморазряд, они могут работать над его предотвращением. Одним из вариантов может быть покрытие катода специальным материалом, который блокирует только атомы водорода.
