Zer da bateriaren edukiera degradatzeko mekanismoa?
Materialen egituraren aldaketa
Gaur egun gehien erabiltzen diren katodo-materialen artean, batez ere, LiMO2-ren geruza hexagonaleko egitura (non M=Co, Ni, Mn), LiMn2O4-ren espinela-egitura eta LiFePO4-ren olibino-egitura daude. Egitura edozein dela ere, litio ioiak katodotik desintercalatzen direnean, materialaren egoera elektrikoa mantentzeko, metal-elementua ezinbestean balentzia-egoera handiago batera oxidatzen da, fase-trantsizio prozesu batekin batera. Fase-trantsizioak sarritan fase-aldaketak ekartzen ditu, beraz, litio ioiak etengabe interkalatzen eta desinterkalatzen dira materialan, fase-aldaketak jarraitzen du, eta epe luzera, kristalen egonkortasunerako mehatxua izango da. Anodoarekin alderatuta, fase-aldaketak eta katodoaren materialaren egitura ontziratuaren aldaketek eragindako gaitasun itzulgarri desberdinek eragin handia dute bateriaren bizitzan. Grafitoak geruzadun egitura du. Hainbat geruza lodiak direnean, litio ioiak tarteka sartzen dira bateria kargatzean eta kanpoko zirkuitutik garraiatutako elektroiekin konbinatzen dira grafito litiatua sortzeko, eta geruzen arteko tartea handitzen da une honetan; deskargan, litio ioiek grafitozko geruzak uzten dituzte eta kanpoko zirkuitura elektroiak askatzen dituzte, desinterkalazio- eta oxidazio-erreakzio bat jasanez, eta geruzen arteko tartea gutxitzen da une honetan.
Material Aktiboaren disoluzioa
Material katodoaren disoluzioa elektrolitoaren korrosioaren ondorioz material aktiboa pixkanaka gutxitzen den prozesuari egiten dio erreferentzia. Tenperatura altuetan katodoaren materiala desegitea bateriaren edukieraren gainbeheraren arrazoietako bat da, batez ere tenperatura altuetan bateriaren zikloaren errendimenduan eta biltegiratze errendimenduan eragin handiagoa duela. Baldintza jakin batzuetan trantsizio metalen disoluzioa LiMO2 katodoko material guztietan dagoen arazo bat da. Material aktiboaren disoluzioak bateriaren errendimendua hondatzea eragiten duen arrazoi nagusiak hauek dira: $\\textcircled{1}$ Metalezko elementuen disoluzioak zuzenean material aktiboa murriztea dakar, bateriaren edukiera galtzea eraginez; $\\textcircled{2}$ Material katodoaren disoluzioak materialaren egituraren degradazioa eta partikulen gainazalean substantzia kimikoki inaktiboak sortzea eragiten du, eta horrek elektrodoaren materialan litio ioien garraioa oztopatzen du; $\\textcircled{3}$ Elektrolitoan dauden metal solbatatu ioiak elektrolitoko anodora migratzen dira eta anodoaren gainazalean metatzen dira metal edo gatz moduan potentzial baxuan, eta gordailu hauek ezinbestean eragiten dute anodoaren gainazaleko SEI filmaren egonkortasuna eta lodiera, elektrodoaren gainazaleko polarizazioa areagotuz eta bateriaren barne-erresistentzia areagotuz. Hori dela eta, material aktiboaren disoluzioaren eragina elektrolitoan ez da soilik disolbatzetik dator, baita trantsizio metalen disoluzioak eragindako efektu kaltegarriagoetatik ere.
Litio ioien kontsumoa
Litio-ioizko baterien diseinuan, bateriaren edukiera katodoarena baino apur bat handiagoa da, eta litio ioi birziklagarriak ere katodoak ematen ditu. Hori dela eta, katodoaren eta anodoaren arteko litio ioien arteko interkalazio itzulgarriak eta desinterkalifikazioak bateriaren edukiera zehazten du. Lehen karga eta deskarga prozesuan, SEI film bat sortzen da anodoaren gainazalean. Pasibazio-film honen osagai nagusiak hainbat substantzia inorganiko dira, hala nola Li2CO3, LiF, Li2O, LiOH eta hainbat osagai organiko, hala nola ROCO2Li, ROLi eta (ROCO2)2Li. Horrela, litio ioi batzuk kontsumitzen dira, eta gaitasun-galera hori atzeraezina da. Anodoaren errendimendua oso erlazionatuta dago SEI filmaren morfologia eta egonkortasunarekin, eta anodoaren gainazalean SEI film egonkor bat osatzeko gaitasunak ez du eragin-arbuiagarria izan bateriaren errendimenduan. SEI filmaren eraketak bateriaren litio-ioi mugatuak kontsumitzen ditu. SEI filma etengabe hondatzen bada zikloan zehar, orduan oxidazio-erreakzioa anodo/elektrolito interfazean etengabe gertatuko da SEI film berri bat osatzeko. Prozesu honek katodoak eskaintzen dituen litio-ioi mugatuak kontsumitzen ditu sisteman, eta litio-ioi aktiboen murrizketak ahalmenaren desintegrazioa dakar. Elektrolitoan litio ioiak murrizteak elektrolitoaren eroankortasuna murriztea dakar, eta katodoaren materialaren litio ioiak galtzeak bateriaren bi elektrodoen arteko desoreka eragiten du.
Barne Erresistentzia handitzea
Bateriaren epe luzeko -zikloan zehar, barne-erresistentzia handitzea ere ahalmenaren gainbeheraren arrazoi garrantzitsua da. Barne-erresistentzia handitzeko arrazoi asko daude, batez ere bi alderdietatik: $\\textcircled{1}$ Elektrolitoko elektrodo/elektrolito interfazean gertatzen den oxidazio-erreakzioak elektrodoaren gainazaleko film-erresistentzia handitzea dakar, eta anodoko SEI filmaren ezegonkortasuna, zikloan zehar gainazaleko film berriak etengabe sortuz, eta bateriaren barne-erresistentzia areagotzen du; $\\textcircled{2}$ Katodoko ioi metalikoak elektrolitoan disolbatzea eta disolbatutako ioi metaliko ionizatuak elektrolitoaren bidez anodora migratzen dira eta anodoaren gainazalean metatzen dira metal edo gatz moduan, elektrodoaren polarizazioa areagotuz. Gainera, ikerketek frogatu dute korronte-kolektorearen korrosioak barne-erresistentzia areagotzea ere ekar dezakeela, baina efektu hori nahiko txikia da korronte-kolektorearen aurretratamenduaren arabera. Barne-erresistentzia handitzeak energia-dentsitatea eta ahalmena gutxitzea dakar, batez ere anodoarentzat, elektrodo/elektrolitoen interfazean gertatzen den erreakzioa anodoaren zahartzearen arrazoi nagusia da.
