Батареї електромобілів запрацюють "як скажені": яку загадку розгадали вчені

Завдяки цьому відкриттю вдасться істотно продовжити термін служби таких акумуляторів, пише interestingengineering.com. Дослідники з Університету Райса (США) виявили, що ключем до створення надміцних батарей великої місткості є не тільки фізична структура матеріалу, а й його внутрішня хімія.

Результати дослідження точно визначають причину появи "гарячих точок", що вбивають продуктивність, і пропонують новий шлях розвитку в галузі живлення найрізноманітніших гаджетів — адже сфера використання літій-іонних батарей простягається від мобільних телефонів до електромобілів.

Дослідження вирішує відомий парадокс у сфері зберігання енергії. Хоча "товсті" електроди акумуляторів чудово підходять для зберігання більшої кількості енергії, вони часто передчасно виходять з ладу і погано заряджаються і розряджаються.

Спостереження в реальному часі

Команда вчених за допомогою рентгенівської візуалізації високої роздільної здатності поспостерігала за потоком енергії всередині акумуляторів у режимі реального часу. Фахівці помітили, що в деяких матеріалах реакція протікає нерівномірно, створюючи "гарячі точки" поблизу поверхні, тоді як глибші області залишаються практично недоторканими.

Така нерівномірність призводить до внутрішнього розтріскування, швидшої деградації та втрати енергії.

Для порівняння використовували два популярних літій-іонних матеріали — фосфат літію-заліза (LFP) і суміш оксиду нікелю-марганцю-кобальту (NMC).

Традиційний підхід передбачав би, що обидва електроди мають поводитися схожим чином. Але електроди NMC показали набагато більш збалансовану і стабільну роботу. Таким чином, стало зрозуміло, що термодинамічні властивості матеріалу визначають характер поширення реакції. Один із дослідників порівняв цей механізм із товстою губкою: "Уявіть, що ви намагаєтеся рівномірно наповнити водою товсту губку, але вода проникає тільки в частину губки, залишаючи іншу частину сухою, — в цьому і полягає проблема товстих електродів".

Новий "дизайн" звичної батареї

Щоб застосувати своє відкриття на практиці, команда розробила нову метрику, названу "числом однорідності реакції".

Цей вимір дає інженерам змогу оцінити, наскільки добре матеріал поводитиметься в товстому електроді, з урахуванням і його фізичної структури, і хімічних властивостей. Зазначимо, що так звані товсті електроди в літій-іонних батареях допомагають поліпшити ємність і енергетичну щільність, але водночас і можуть провокувати проблеми з безпекою та продуктивністю. Наприклад, товсті електроди сповільнюють дифузію літію, а це знижує швидкість заряджання і розряджання та збільшує ризик короткого замикання і загоряння.

За словами вчених, їхнє відкриття стане в пригоді у створенні потужних і довговічних батарей нового покоління.

Також Фокус писав, що в США створили літієву батарею, яка служитиме рекордно довго. Пілотний завод для виробництва нових батарей будує компанія Pure Lithium, що базується в Бостоні.

Ще стало відомо, що американські фахівці винайшли батарею майбутнього, яка працює в 4 рази швидше за звичайну і не горить. У цьому випадку йшлося про літій-повітряні акумулятори.