Съществен пробив: Учените решиха проблема с намаляването капацитета на батериите на електромобилите

Учени от САЩ разгадаха голямата загадка на батериите, която водеше до намаляване на капацитета, по-кратък живот, а в някои случаи и до пожар. Те идентифицираха някои от основните причини за наноскопичните деформации, които водят до напукване на литиево-йонните батерии. Изследването поставя под въпрос не само традиционните методи за проектиране, но и използваните материали, като определя по нов начин ролята на кобалта и мангана за механичните повреди на батериите.

Поради дългогодишните проблеми с напукването на литиево-йонни батерии с катоди, изработени от поликристални никел-съдържащи материали (PC-NMC), изследователите се насочиха към монокристални никел-съдържащи слоести оксиди (SC-NMC). Които, за съжаление, обикновено са по-лоши от PC-NMC. Екип от изследователи от Националната лаборатория Аргон и Чикагския университет идентифицираха основния проблем: предположенията, направени въз основа на поликристалните катоди, се прилагат неправилно към монокристалните материали.

„Когато хората се опитват да преминат към монокристални катоди, те следват същите принципи на проектиране, както при поликристалните катоди“, казва Уан Дзин, първи автор на изследването. – „Нашата работа показва, че основният механизъм на разграждане на монокристалните частици е различен от този на поликристалните частици, което води до различни изисквания към състава“.

Проучването разкрива различна еволюция на наноскопичните деформации в SC-NMC катода по време на работата на батерията, което поставя под въпрос обичайните стратегии, базирани на състава, и показателите за механично разграждане, използвани за PC-NMC, съобщават от IE. Използвайки химико-механичен анализ на ниво частици, изследователите установиха несъответствие между механичната стабилност и изменението на обема на решетката в SC-NMC, определяйки какво причинява структурната нестабилност в монокристалните материали.

Използвайки този механизъм на механична повреда, изследователите интерпретират отново ролята на кобалта и мангана за поддържане на механичната стабилност. Оказва се, че кобалтът е от решаващо значение за удължаването на живота на SC-NMC чрез смекчаване на локализираната деформация по удължения път на дифузия, докато манганът засилва механичната деградация.