Проривне відкриття американських науковців дозволяє значно продовжити термін служби акумуляторів для електромобілів шляхом усунення основного механізму їх деградації.
Дослідники з Національної лабораторії Аргонн і Школи молекулярної інженерії Прітцкера при Чиказькому університеті визначили ключову причину старіння батарей на основі однокристалічних катодів SC-NMC (Single-Crystal Nickel Manganese Cobalt). Ці катоди, хоч і вважалися перспективнішими за традиційні полікристалічні (PC-NMC), демонстрували несподівану деградацію. Причиною стало неправильне перенесення принципів дизайну з полікристалів на однокристали. «Коли люди переходили до однокристалічних катодів, вони керувалися тими ж принципами, що й для полікристалічних,» – пояснив автор дослідження Цзін Ван.
У статті, опублікованій у Nature Nanotechnology, дослідники показали, що механічне руйнування в SC-NMC має іншу природу, ніж у полікристалів. Основний внесок у деградацію вносять багатовимірні викривлення кристалічної ґратки, спричинені неоднорідними хімічними реакціями під час зарядки-розрядки. Це нове розуміння дозволило команді по-новому оцінити роль ключових елементів: «На відміну від згубної ролі кобальту в PC-NMC, у SC-NMC він критично важливий для зменшення локальних деформацій і подовження строку служби,» – йдеться в дослідженні.
Окремо було виявлено, що марганець, який раніше вважався стабілізуючим елементом, у SC-NMC, навпаки, посилює механічну деградацію. Це відкриття ставить під сумнів не лише підходи до дизайну, а й склад матеріалів, що використовуються в сучасних акумуляторах. «Потрібні не лише нові стратегії дизайну, а й інші матеріали, щоб однокристалічні катоди розкрили свій потенціал,» – підкреслила професорка Ширлі Менг.
Унікальний механізм руйнування, виявлений науковцями, безпосередньо пов’язує хімічний склад матеріалу з його деградацією, що відкриває шлях до створення надійніших та довговічніших акумуляторів. «Безпека та тривалий строк служби критично важливі для довіри до батарей,» – наголосив професор Халіл Амін. Результати дослідження дозволяють розробити нове покоління катодів, здатних задовольнити глобальні енергетичні потреби без компромісів із безпекою та ефективністю.