Većina čvrstih materija se širi kako se temperature povećavaju i skupljaju dok se hlade. Neki materijali rade suprotno, šireći se na hladnoći. Litijum-titan-fosfat je jedna takva supstanca i mogla bi da obezbedi rešenje za problem naglo opadanja performansi litijum-jonskih baterija u hladnim okruženjima.
U članku objavljenom u časopisu Angevandte Chemie International Edition, kineski tim je pokazao njegovu pogodnost za upotrebu u elektrodama za punjive baterije.
Litijum-jonske baterije i druge punjive baterije na bazi metalnih jona obezbeđuju naše prenosive uređaje električnom energijom, pogonskim vozilima i skladište solarnu energiju i energiju vetra. Dobro rade – sve dok je toplo. Kako temperature padaju, performanse ovih baterija mogu se naglo smanjiti – što je problem za električne automobile, vazduhoplovstvo i vojnu upotrebu.
Protivmere kao što su integrisani grejači, poboljšani elektroliti ili premazi elektroda povećavaju cenu i složenost proizvodnje baterija ili smanjuju performanse.
Jedan od uzroka problema sa hladnoćom je usporena difuzija litijum jona unutar materijala elektrode. Tim sa Univerziteta Donghua i Univerziteta Fudan u Šangaju, kao i Univerziteta Unutrašnje Mongolije u Hohhotu, predložio je novi pristup rešavanju ovog problema: elektrode napravljene od elektrohemijskih materijala za skladištenje energije sa negativnim termičkim širenjem (NTE), kao što je litijum titan fosfat LiTi 2 (PO 4 ) 3 (LTP).
Predvođen Liming Vuom, Chunfu Linom i Renchao Cheom, tim je koristio LTP kao modelnu supstancu da pokaže da materijali elektroda sa NTE svojstvima mogu pružiti dobre performanse na niskim temperaturama.
Analiza kristalne strukture otkrila je trodimenzionalnu rešetku TiO 6 oktaedara i PO 4 tetraedara sa otvorenom, fleksibilnom strukturom koja sadrži i „šupljine“ i „kanale“, gde mogu da se smeštaju joni litijuma. Kada se ohladi, struktura se proteže duž jedne od svojih kristalnih ose.
Koristeći spektrometrijske i elektronsko mikroskopske analize u kombinaciji sa kompjuterskim modeliranjem, tim je utvrdio da se vibracioni modovi atoma menjaju na niskoj temperaturi. Ovo povećava pojavu posebnih poprečnih vibracija određenih atoma kiseonika, povećavajući njihove udaljenosti jedna od druge i šireći šupljine u rešetki. Ovo olakšava skladištenje i transport litijum jona.
Na -10°C, njihova brzina difuzije je još uvek na 84% vrednosti dobijene na 25°C. Elektrohemijski testovi na LTP obloženim ugljenikom na -10°C takođe su pokazali dobre elektrohemijske performanse sa visokim kapacitetom i sposobnošću velike brzine, kao i visoko zadržavanje kapaciteta preko 1000 ciklusa punjenja/pražnjenja.
Materijali sa negativnim termičkim širenjem su stoga veoma obećavajući za upotrebu kao elektrodni materijal u litijum-jonskim baterijama u hladnim okruženjima.
