Ученые Сколтеха исследуют прочность литий-ионных аккумуляторов

Группа ученых из Сколковского института науки и технологий (Сколтех) в сотрудничестве с коллегами из Московского государственного университета (МГУ) и исследовательского центра IDEA впервые провела измерения изменений прочности литий-ионного аккумулятора во время его работы. В ходе исследования они установили, что при повышении напряжения катод устройства теряет способность к пластической деформации, что приводит к образованию трещин. Эти открытия могут дать новое понимание скрытых механизмов старения батарей. Результаты работы опубликованы в научном журнале Measurement. Информация об этом была предоставлена в пресс-службе Сколтеха и размещена на сайте Газеты.Ru.

Механическое разрушение катодов, содержащих высокие уровни никеля, в частности материал NMC811, представляет собой одну из главных преград для создания долговечных батарей, которые могли бы использоваться в гаджетах и электрических автомобилях. В процессе зарядки и разрядки аккумулятора элементы катода изменяют объем, что приводит к образованию микротрещин и, в конечном итоге, к выходу устройства из строя. Ранее исследователям приходилось разбирать и высушивать батареи для анализа, что искажало результаты.

Команда ученых разработала уникальную ячейку формата CR2032 с «смотровым окном», что позволило одновременно отслеживать электрические параметры и проводить наноиндентирование катода с помощью алмазного зонда во время работы аккумулятора.

Результаты показали, что твердость и упругость катода оставались почти неизменными, однако способность материала к пластической деформации при переходе в фазу высокого напряжения свыше 4,2 вольта резко снижалась на 28%. Это означает, что хотя материал не становился мягче, его способность «поддаваться» механическим нагрузкам значительно ухудшалась, что увеличивало риск растрескивания. Как отмечают авторы исследования, точные данные о потере пластичности катода помогут инженерам более точно прогнозировать возникновение трещин и разрабатывать более устойчивые батареи с высокой емкостью. Исследование было поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

Литий-ионные аккумуляторы являются основой современного электронного оборудования и электрического транспорта, и проблема их старения остается актуальной. Со временем батареи теряют емкость и могут представлять опасность. Понимание механизмов разрушения катодов и напряжений, при которых это происходит, позволит продлить срок службы аккумуляторов и сделать их более надежными.

Читайте также: