Из-за давних проблем с растрескиванием литий-ионных батарей с катодами из поликристаллических материалов, содержащих никель (PC-NMC), исследователи обратились к монокристаллическим никельсодержащим слоистым оксидам (SC-NMC). Которые, к сожалению, обычно уступают по производительности PC-NMC. Команда исследователей из Аргоннской национальной лаборатории и Чикагского университета выявила основную проблему: предположения, сделанные на основе поликристаллических катодов, применялись к монокристаллическим материалам некорректно.
«Когда люди пытаются перейти к монокристаллическим катодам, они следуют тем же принципам проектирования, что и для поликристаллических, — сказала Ван Цзин, первый автор исследования. — Наша работа показывает, что основной механизм деградации монокристаллических частиц отличается от механизма деградации поликристаллических, что приводит к различным требованиям к составу».
Исследование выявило во время работы батареи отчетливую эволюцию наноскопических деформаций в катоде SC-NMC, что ставит под сомнение привычные стратегии, основанные на составе, и показатели механической деградации, используемые для PC-NMC, сообщает IE. С помощью химико-механического анализа на уровне частиц исследователи выявили расхождение между механической стабильностью и изменением объема решетки в SC-NMC, определив, чем вызвана структурная нестабильность в монокристаллических материалах.
Используя этот механизм механического разрушения, исследователи переосмыслили роль кобальта и марганца в поддержании механической стабильности. Оказывается, кобальт имеет решающее значение для увеличения срока службы SC-NMC, смягчая локальные деформации вдоль протяженного диффузионного пути, в то время как марганец усугубляет механическую деградацию.
Исследователи из США создали в этом году катодный материал на основе железа, который отдает и принимает пять электронов вместо обычных двух-трех, что значительно увеличит потенциал аккумулятора. Помимо литий-ионных аккумуляторов, эта технология может найти применение в магнитно-резонансных томографах, маглев-поездах и, возможно, в сверхпроводниках.
