POSTECH-yliopiston ja Sungkyunkwan-yliopiston tutkijat ovat tuoneet esiin ilmiön, jota kutsutaan 'lähes-muunnosreaktioksi'. Tämä prosessi tapahtuu purkautumisen aikana ja johtaa litiumoksidin muodostumiseen, mikä nopeuttaa akkujen kulumista, erityisesti nikkeliä runsaasti sisältävien katodien osalta.
Litiumioniakut käyttävät usein nikkeli-mangaani-koboltti (NMC) katodeja. Teollisuus on lisännyt nikkelin määrää kustannusten vähentämiseksi, mutta tämä lyhentää myös akkujen käyttöikää. Uusi tutkimus paljastaa, että syvä purkaus on keskeinen tekijä tässä hajoamisessa.
Väärinkäsityksistä huolimatta, ei ylikuormitus vaan purkaus aiheuttaa hapen menetyksen katodin pinnalla. Tämä menetys reagoi litiumin kanssa muodostaen litiumoksidia, mikä tuottaa kaasuja ja vahingoittaa akkua. Testit ovat osoittaneet, että nikkelirikkaat akut ovat herkempiä tälle ilmiölle.
Ehdotettu ratkaisu on yksinkertainen: vältä täydellisiä purkauksia. Tällä menetelmällä testatuilla akkuilla oli jäljellä 73,4 % kapasiteetistaan 300 syklin jälkeen, kun taas syvästi puretuille akuille vain 3,8 %.
Tämä löytö avaa tien kestävämmille akuille. Tutkijat korostavat purkauksen huomioimisen tärkeyttä tulevien litiumioniakkujen kehittämisessä.
Miksi nikkelirikkaat katodit ovat herkempiä hajoamiselle?
Nikkelirikkaat katodit ovat suosittuja niiden korkean energiatehokkuuden ja alhaisemman kustannuksen vuoksi verrattuna kobolttia sisältäviin katodeihin. Kuitenkin niiden rakenne tekee niistä haavoittuvampia hajoamiselle purkautumisen aikana.
Korkea nikkelipitoisuus edistää hapen menetystä katodin pinnalla, ilmiö, joka voimistuu syvän purkauksen myötä. Tämä hapen menetys johtaa litiumoksidin muodostumiseen ja toissijaisiin reaktioihin elektrolyytin kanssa.
Nämä reaktiot johtavat paitsi akun kapasiteetin vähenemiseen myös turvotukseen ja nopeutettuun hajoamiseen. Tutkijat ovat havainneet, että nämä vaikutukset ovat huomattavasti vähemmän voimakkaita, kun akkua ei pureta täysin.
Nikkelirikkaiden katodien lisääntynyt herkkyys syvälle purkautumiselle korostaa optimoitujen käyttöstrategioiden kehittämisen tärkeyttä niiden käyttöiän maksimoimiseksi.