Новое исследование, проведенное Аргоннской национальной лабораторией и Притцкеровской школой молекулярной инженерии Чикагского университета (США), выявило некоторые первопричины и способы устранения наноскопических деформаций, которые могут привести к разрушению все более популярного типа аккумуляторов для электромобилей и других технологий.
Из-за давних проблем с растрескиванием литий-ионных аккумуляторов, в катодах которых используются поликристаллические материалы (PC-NMC), специалисты в последние несколько лет стали применять монокристаллические слоистые оксиды (SC-NMC). Но, по словам исследователей, они не всегда работают лучше, чем более старая модель.
Когда люди пытаются перейти на монокристаллические катоды, они следуют тем же принципам проектирования, что и при работе с поликристаллическими. Наша работа показала, что основной механизм разрушения монокристаллических частиц отличается от механизма разрушения поликристаллических частиц, что приводит к различиям в требованиях к составу.
С помощью химико-механического анализа исследователи выявили несоответствие между механической стабильностью и изменением объема кристаллической решетки в SC-NMC. Структурная нестабильность в SC-материалах в первую очередь была обусловлена многомерными искажениями кристаллической решетки, вызванными кинетической неоднородностью реакции и постепенной дезактивацией химических фаз.
Используя этот режим механического разрушения, исследователи по-новому определили роль кобальта и марганца в поддержании механической стабильности. В отличие от пагубного влияния кобальта на PC-NMC, исследователи обнаружили, что он критически важен для увеличения срока службы SC-NMC. В то же время марганец усугубляет механическую деградацию.
Исследование поставило под сомнение не только традиционную конструкцию, но и используемые в аккумуляторах материалы, а также роль кобальта и марганца в его механических повреждениях.
По мнению ученых, чтобы полностью раскрыть потенциал батарей с монокристаллическим катодом, потребуются не только новые стратегии проектирования, но и другие материалы. Лучшее понимание процессов разрушения различных типов катодов поможет разработать набор новых высокоэффективных материалов для удовлетворения мировых энергетических потребностей.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые Сколтеха предложили инновационный метод, способный значительно замедлить износ современных литий-ионных аккумуляторов.
