محققان موسسهٔ کارلسروههٔ آلمان (KIT)، پژوهشی را در ارتباط با تغییرات ساختاری مواد کاتدی، به منظور تولید باتریهایی با انرژی بالا انجام دادهاند که نتیجهٔ این تحقیقات در مجله Nature communication به چاپ رسیده است. پروفسور Helmut Ehrenberg سخنگوی این موسسه گفت: به اعتقاد ما، با شناخت فرآیندهای الکتروشیمیایی در باتریها و استفاده از مواد جدید دیگر، ظرفیت باتری یون لیتیوم میتواند تا ۳۰% افزایش یابد.
در باتریهای یون لیتیومی با انرژی بالا، به جای استفاده از اکسیدهای فلزی لایهای با نسبتهای مختلف از نیکل، منگنز و کبالت که تا الآن مورد استفاده بودهاند، از مواد غنی از منگنز با لیتیوم اضافی استفاده میکنند که موجب افزایش ظرفیت ذخیرهٔ انرژی در واحد حجم/جرم مادهٔ کاتدی میشود. اما مشکلی که این مواد دارند این است که ساختار این مواد بعد از چندین سیکل شارژ- دشارژ تغییر میکند و به یک ساختار کریستالی با ویژگیهای الکتروشیمیایی نامناسب تبدیل میشوند که این مسئله باعث کاهش ولتاژ شده و از تولید باتریهای با انرژی بالا جلوگیری میکند.
محققین KIT مکانیسم پایهای تبدیل مواد لایهای به مواد کریستالی را مورد مطالعه قرار دادهاند. به گفتهٔ محققین، این تغییرات به صورت مستقیم رخ نمیدهد و از طریق تشکیل یک ساختار rock-salt که حاوی یون لیتیوم میباشد اتفاق میافتد. در این واکنش تبدیل ساختار، اکسیژن نیز نقشی اساسی دارد. این گروه تحقیقاتی، آزمایشات جدیدی را برای به حداقل رساندن این تغییرات ساختار و جلوگیری از تنزل انرژی باتریها انجام دادهاند.
یافتههای این گروه تحقیقاتی نقطهٔ عطفی در مسیر تولید باتریهای یون لیتیوم با انرژی بالا برای خودروهای الکتریکی است. موسسه تحقیقاتی کارلسروهه، یکی از مؤسسات تحقیقاتی آلمان است که در شهر کارلسروهه آلمان واقع شده است.