Специалисты из Аргоннской национальной лаборатории и Чикагского университета (оба - США) представили наноструктурные аморфные электроды из оксида титана (TiO2), которые не только не деградируют при эксплуатации, но даже улучшают свою электрохимическую производительность.
Интеркаляция большого количества литиевых ионов в структуру аморфного анода приводит к фазовому переходу с образованием ёмкой кубической структуры.
С помощью электрохимического метода учёные приготовили нанотрубки диоксида титана, которые затем были использованы при производстве круглых литиевых батарей. После того как батареи отработали в гальваностатическом режиме между 0,8 В и 2,0 В, образцы электродов были изучены методом рентгеновской дифракции (XRD) и рентгеновской абсорбционной спектроскопии (XAS).
Эти исследования вкупе с компьютерной симуляцией позволили в деталях представить процесс интеркаляции/деинтеркаляции ионов лития в электрохимических нанотрубках TiO2. Оказалось, что при высокой концентрации ионов лития (> 75%) в аморфном TiO2 происходит спонтанное появление дальнего порядка с образованием кубической структуры, которая демонстрирует долгоживущую обратимость и повышенную мощность, которая подкреплена ёмкостью, приближающейся к максимальной стереохимии Li2Ti2O4. Кроме того, анод удивительно стабилен в течение 600 циклов и демонстрирует высокий уровень удельной энергии (200 Вт за час на килограмм электрода) при удельной мощности в 30 кВт на килограмм электрода.
В полноценной литий-ионной ячейке в паре со шпинелевым катодом LiNi0.5Mn1.5O4 новый анод TiO2 продемонстрировал напряжение, равное 2,8 В, и обратимую удельную ёмкость в 310 мА•ч/г (на сегодня это рекорд).
Таким образом, предложенный американцами аморфный электрод улучшает свои рабочие характеристики в процессе работы.
Подробнее об исследовании и полученных результатах читайте в Journal of Physical Chemistry C.
Подготовлено по материалам Аргоннской национальной лаборатории.
Источник: Компьюлента
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp210793u