Результаты исследования микронапряжений в батареях могут стать основой для разработки более надежных и безопасных источников энергии для электротранспорта и электроники.
Эксперты из Аргоннской национальной лаборатории в сотрудничестве с коллегами выявили главную причину преждевременного старения и выхода из строя современных литий-ионных аккумуляторов. Изучив внутренние процессы материалов, они пришли к выводу, что причиной отказов является накопление малых внутренних напряжений, что ведет к образованию трещин. Это особенно важно для аккумуляторов, устанавливаемых в электротранспорт и высокотехнологичные устройства, где безопасность и надежность имеют первостепенное значение.
Согласно новому исследованию, именно микронапряжения, возникающие из-за изменений в объемах частиц при заряде и разряде, выступают в роли катализаторов образования дефектов. Авторы подчеркивают, что подобные дефекты нарушают нормальное функционирование аккумулятора, уменьшают его емкость и увеличивают риск аварийных ситуаций, включая самовоспламенение. Один из участников исследования, Халил Амин, отметил значимость доверия потребителей к технологиям: если аккумуляторы перестанут восприниматься как безопасные и надежные, общество может отказаться от электрификации транспорта и бытовых устройств.
Ранее производители пытались решить проблему, заменяя поликристаллические материалы с множеством мелких зерен на монокристаллические слои. Ожидалось, что отсутствие межзеренных границ снизит вероятность трещинообразования. Однако реальность оказалась более сложной: исследования показывают, что традиционные методы проектирования, применимые к поликристаллам, не работают для монокристаллов. Проблемы возникли из-за различий в процессах деградации этих двух типов материалов.
Таким образом, текущие открытия меняют подход к проектированию аккумуляторов. Необходимо учитывать различия в поведении никеля, марганца и кобальта в зависимости от типа материала. В частности, было установлено, что марганец, вопреки общепринятым представлениям, ускоряет разрушение монокристаллов, в то время как кобальт положительно влияет на долговечность и надежность батарей.
Полученные знания станут основой для создания инновационной концепции проектирования аккумуляторов, направленной на разработку надежных и долговечных батарей. Это будет способствовать дальнейшему развитию электротранспорта и распространению электронных устройств, эффективно удовлетворяя растущие потребности современного общества в энергоснабжении.
Ученые также разработали высокоэффективный катализатор для синтеза водорода, использовав лигнин — широко применяемый побочный продукт бумажной промышленности и биообработки.
Фото: hi-tech.mail.ru