Инженеры нашли скрытого «убийцу» аккумуляторов: почему новейшие батареи трескаются и теряют емкость вопреки расчетам

Группа исследователей из Аргоннской национальной лабораториии Чикагского университета выяснила, почему перспективные монокристаллическиекатоды, призванные решить проблему долговечности батарей, продолжаютдеградировать и даже могут стать причиной пожара. Используя синхротронноерентгеновское излучение, физики обнаружили, что проблема кроется в «реакционнойнеоднородности»: химические реакции внутри одного цельного кристалла протекаютс разной скоростью, создавая колоссальное внутреннее напряжение, котороеразрывает его изнутри.

Ранее в индустрии существовала догма, что монокристаллы(SC-NMC) являются решением проблемы деградации, в отличие отполикристаллических катодов. Последние состоят из множества склеенных зерен,которые при циклах зарядки-разрядки расширяются и сжимаются, что со временемприводит к трещинам. Логика подсказывала, что если нет границ между зернами, тои трескаться нечему. Однако практика показала, что даже эти «идеальные»структуры со временем разрушаются, теряя емкость. Новое исследование впервыепоказало, что происходит внутри самого монокристалла на атомном уровне.

Любопытно, что открытие также перевернуло представление ороли металлов в батареях. В погоне за удешевлением производители стараютсязаменить дорогой кобальт на дешевый марганец. Но исследование показало: именномарганец усиливает это разрушительное внутреннее напряжение в монокристаллах,тогда как «дорогой и ненавистный» кобальт, наоборот, гасит его и продлеваетжизнь батарее.

Теперь перед инженерами стоит непростая задача: либовозвращаться к дорогому кобальту, что поднимет цены на электрокары, либо искатьновые легирующие добавки, которые смогут его заменить, спасая кристаллы отсаморазрушения.

Источник:scitechdaily.com