Ученые разработали инновационный метод нагрева при производстве литий-ионных аккумуляторов — он позволяет заметно продлить их срок службы. Благодаря технологии катоды (положительные электроды) становятся более устойчивыми: после 500 циклов зарядки сохраняют около 93% первоначальной емкости.
Проблема снижения эффективности аккумуляторов связана с образованием микротрещин в катодах. Они возникают из-за механических и термических нагрузок при многократных циклах зарядки и разрядки, вызывают внутреннее напряжение и ограничивают способность накапливать энергию.
Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC изменили подход к нагреву богатых никелем слоистых оксидов — материалов катодов: сначала медленный нагрев, затем быстрое повышение температуры. Это позволило сформировать более однородную структуру внутри частиц катода и снизить нагрузку, предотвратив появление микротрещин.
Чтобы детально изучить влияние нагрева на формирование катода, команда объединила усилия с Брукхейвенской национальной лабораторией. С помощью просвечивающей рентгеновской микроскопии ученые наблюдали за химическими реакциями в реальном времени. Дополнительно применили рентгеновскую абсорбционную спектроскопию и рентгеновскую дифракцию — это помогло отследить структурные и химические изменения в процессе синтеза катода.
В отрасли считалось само собой разумеющимся, что эта проблема существует и что нужно искать дорогостоящие способы ее решения. Но мы нашли способ использовать самые простые исходные материалы и создавать более качественные аккумуляторы без дополнительных затрат и сложностей.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Energy, открывают путь к созданию более долговечных и дешевых литий-ионных аккумуляторов. Технология не требует сложных доработок или новых материалов — ее можно масштабировать для промышленных печей. В перспективе метод планируют адаптировать и для других типов аккумуляторов.
Ранее Наука Mail рассказывала, что зарядка электромобиля за считанные минуты стала реальностью.
