Інженери знайшли прихованого «вбивцю» акумуляторів

Група дослідників з Аргонської національної лабораторії та Університету Чикаго з’ясувала, чому перспективні монокристалічні катоди, покликані вирішити проблему довговічності батарей, продовжують деградувати і навіть можуть стати причиною пожежі. Використовуючи синхротронне рентгенівське випромінювання, фізики виявили, що проблема криється в «реакційній неоднорідності»: хімічні реакції всередині одного цільного кристала протікають із різною швидкістю, створюючи колосальну внутрішню напругу, яка розриває його зсередини.

Раніше в індустрії існувала догма, що монокристали (SC-NMC) є вирішенням проблеми деградації, на відміну від полікристалічних катодів. Останні складаються з безлічі склеєних зерен, які під час циклів заряджання-розряджання розширюються і стискаються, що з часом призводить до тріщин. Логіка підказувала, що якщо немає меж між зернами, то й тріскати нема чому. Однак практика показала, що навіть ці «ідеальні» структури з часом руйнуються, втрачаючи ємність. Нове дослідження вперше показало, що відбувається всередині монокристала на атомному рівні.

Цікаво, що відкриття також перевернуло уявлення про роль металів у батареях. У гонитві за здешевленням виробники намагаються замінити дорогий кобальт дешевшим марганцем. Але дослідження показало: саме марганець посилює цю руйнівну внутрішню напругу в монокристалах, тоді як «дорогий і ненависний» кобальт, навпаки, гасить її та продовжує термін служби батареї.

Тепер перед інженерами стоїть непросте завдання: або повертатися до дорогого кобальту, що підвищить ціни на електромобілі, або шукати нові легувальні добавки, які зможуть його замінити, рятуючи кристали від саморуйнування.