Видео
В мире
Исследователи из Университета Чикаго и национальной лаборатории Argonne National Laboratory выяснили, что современные литий-ионные батареи с так называемой однокристаллической структурой разрушаются не так, как считалось раньше. Работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
Долгое время инженеры боролись с трещинами в катодах батарей, состоящих из множества мелких кристаллов. Такие материалы со временем «расходятся по швам» при зарядке и разрядке. Чтобы избежать этого, индустрия начала переходить на однокристаллические катоды, у которых нет внутренних границ между зёрнами. Но ожидаемого скачка надёжности не произошло.
Новое исследование показало почему. В однокристаллических материалах химические реакции внутри частицы идут неравномерно. Одни зоны реагируют быстрее, другие — медленнее. Это создаёт внутренние напряжения, из-за которых кристалл трескается изнутри, даже без «слабых мест», характерных для старых батарей.
«Если люди не будут доверять безопасности и долговечности батарей, они просто не выберут электромобили», — объясняет один из авторов работы, химик Халил Амин.
Самое неожиданное — пересмотр роли материалов. В традиционных батареях кобальт считался проблемным элементом, а марганец — полезным. В однокристаллических катодах всё оказалось наоборот: марганец усиливал механические повреждения, а кобальт, вопреки репутации, делал батареи устойчивее и продлевал срок службы.
По словам профессора Ширли Менг, это означает, что старые правила проектирования батарей больше не работают. Для новых поколений аккумуляторов нужны другие комбинации материалов и принципиально иные инженерные подходы.
Кобальт остаётся дорогим и дефицитным, поэтому следующий шаг — поиск более доступных заменителей с тем же эффектом. Но главное уже ясно: слабое место батарей электромобилей всё это время находилось не снаружи, а глубоко внутри кристалла. И теперь у индустрии появился шанс это исправить.
