Ученые Сколтеха вместе с коллегами из МГУ и исследовательского центра IDEA впервые измерили, как меняется прочность литий-ионного аккумулятора прямо во время его работы, и выяснили, что при высоком напряжении его катод резко теряет способность к пластической деформации — и начинает трескаться. Это помогает понять скрытые механизмы старения батарей. Работа опубликована в журнале Measurement. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе Сколтеха.
Механическое разрушение катодов с высоким содержанием никеля (материал NMC811) — одно из главных препятствий на пути к долговечным батареям для гаджетов и электромобилей. При зарядке и разрядке частицы меняют объем, появляются микротрещины, и аккумулятор постепенно выходит из строя. Раньше для анализа батареи приходилось разбирать и высушивать, что искажало картину.
Исследователи создали особую ячейку формата CR2032 со «смотровым окном», которая позволила одновременно следить за электрическими параметрами и «прощупывать» катод алмазным зондом — проводить наноиндентирование — прямо в момент работы.
Оказалось, что твердость и упругость катода почти не менялись, а вот работа пластической деформации при переходе в высоковольтную фазу выше 4,2 вольта резко падала — на 28%. Иными словами, материал не становился мягче, он терял способность «поддаваться» нагрузке, и потому резко рос риск растрескивания. Как отмечают авторы, точные данные о потере пластичности помогут инженерам реалистичнее прогнозировать появление трещин и целенаправленно создавать более устойчивые батареи высокой емкости. Исследование поддержано грантом РНФ.
Литий-ионные аккумуляторы — основа всей современной электроники и электротранспорта, и их старение остается серьезной проблемой: со временем батарея теряет емкость и может становиться небезопасной. Понимание того, что именно разрушает катод и при каком напряжении это происходит, позволяет продлить срок службы батарей и сделать их надежнее.
Ранее ученый выяснил, почему соленый огурец светится под напряжением.