Специалисты из Аргоннской национальной лаборатории вместе с коллегами определили основную причину преждевременного старения и отказа перспективных литий-ионных аккумуляторов. Изучив внутреннюю динамику материалов, они пришли к выводу, что причиной выхода из строя является накопление малых внутренних напряжений, которые приводят к появлению трещин. Это особенно актуально для аккумуляторов, устанавливаемых в электромобили и высокотехнологичные устройства, где безопасность и надежность играют ключевую роль, пишет ScienceDaily.
Согласно новому исследованию, именно микронапряжения, возникающие в результате изменения объемов частиц при зарядке и разрядке, становятся триггером образования дефектов. Авторы отмечают, что такие дефекты нарушают нормальную работу аккумулятора, снижают его емкость и повышают риск аварийных ситуаций, вплоть до самовоспламенения. Один из участников исследования, Халил Амин, отметил важность доверия потребителей к технологиям: если аккумуляторы перестанут восприниматься как надежные и безопасные, общество откажется от электрификации транспорта и бытовых приборов.
Ранее производители пытались решить проблему, заменяя поликристаллические материалы с множеством мелких зерен на монокристаллические слои. Предполагалось, что отсутствие межзеренных границ снизит вероятность появления трещин. Однако реальность оказалась сложнее: исследования показывают, что обычные методы проектирования, подходящие для поликристаллов, не подходят для монокристаллов. Проблемы возникли из-за различий в процессах деградации обоих типов материалов.
Таким образом, нынешние открытия меняют взгляд на проектирование аккумуляторов. Необходимо учитывать разницу в поведении никеля, марганца и кобальта в зависимости от типа материала. В частности, установлено, что марганец, вопреки общепринятые представления, ускоряет разрушение монокристаллов, тогда как кобальт положительно влияет на долговечность и надежность аккумуляторов.
Полученные знания станут основой для формирования инновационной концепции проектирования аккумуляторов, ориентированной на создание надежных и долговечных батарей. Это обеспечит дальнейший рост электротранспорта и распространение электронных устройств, эффективно отвечая возрастающим потребностям современного общества в энергообеспечении.
Ранее ученые создали высокоэффективный катализатор для синтеза водорода, применив лигнин — широко используемый побочный продукт бумажной промышленности и биообработки. Подробнее об этом рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.
