Вчені вирішили проблему зниження ємності акумуляторів електромобілів

ПРИВІТ МИ З УКРАЇНИ!

Не стану повторюватись у все зростаючому процесі збільшення у автопарку авто на електричній тязі. Електромобіль стає вже звичним елементом автодорожнього руху і це дуже добре по відношенню до зовнішнього середовища. Але, оскільки вартість електрокару при придбанні і під час експлуатації у своєї більшості залежить від вартості акумуляторів, то проблема удосконалення останніх залишається актуальною.

Саме літій-іонні батареї у своїй більшості використовуються для електромобілів. І тому на сьогодні американські вчені вирішили важливу проблему деградації ємності таких акумуляторів та збільшення терміну служби їх елементів.

Вони розгадали головну загадку батарей, що призводить до зниження ємності, скорочення терміну служби та, в деяких випадках, до займання. При дослідженні були виявлені деякі з основних причин наноскопічних деформацій, які можуть призвести до розтріскування літій-іонних батарей. Це дослідження кидає виклик не тільки традиційним методам проектування, але й матеріалам, що використовуються, перевизначивши роль кобальту і марганцю в механічному руйнуванні батарей.

Через давні проблеми з розтріскуванням літій-іонних акумуляторів, у катодах яких використовуються полікристалічні матеріали, збагачені нікелем (PC-NMC), дослідники протягом останніх кількох років звернулися до монокристалічних шаруватих оксидів, збагачених нікелем (SC-NMC). Але, за словами дослідників, вони не завжди працювали так само добре, або навіть краще, ніж стара модель.

Читайте також: Виробництво акумуляторів стане дешевше на 90%

Нова робота виявила основну проблему: припущення, зроблені на основі полікристалічних катодів, неправильно застосовувалися до монокристалічних матеріалів.

«Коли люди намагаються перейти на монокристалічні катоди, вони дотримуються подібних принципів проектування, як і полікристалічні», — сказав перший автор Цзін Ван, який зараз є постдокторантом і працює в UChicago та Argonne.
«Наша робота показує, що основний механізм деградації частинок монокристалів відрізняється від полікристалічних, що призводить до різних вимог до складу».

Опубліковане в Nature Nanotechnology дослідження розкрило чітку еволюцію наноскопічної деформації в SC-NMC під час роботи акумулятора, поставивши під сумнів традиційні стратегії, засновані на складі, та індикатори механічної деградації, що використовуються для PC-NMC.

За допомогою хімікомеханічного аналізу на рівні частинок дослідники виявили розрив між механічною стабільністю та зміною об’єму решітки в SC-NMC, визначивши, що структурна нестабільність у SC-матеріалах в першу чергу зумовлена ​​багатовимірними спотвореннями решітки, викликаними кінетичною гетерогенністю реакції та поступовою деактивацією хімічних фаз.

Використовуючи цей режим механічного руйнування, дослідники переосмислили роль кобальту та марганцю у підтримці механічної стабільності. На відміну від негативної ролі кобальту в PC-NMC, дослідники виявили, що кобальт має вирішальне значення для підвищення довговічності SC-NMC шляхом зменшення локалізованої деформації вздовж розширеного шляху дифузії, тоді як марганець посилює механічну деградацію.

Дослідження поставило під сумнів не лише традиційний дизайн, але й використані матеріали, переосмисливши роль кобальту та марганцю в механічному руйнуванні акумулятора.

«Потрібні не лише нові стратегії проектування, але й різні матеріали, щоб допомогти батареям з монокристалічним катодом досягти свого повного потенціалу», — сказав Менг, який також є директором Альянсу досліджень накопичення енергії (ESRA) в Аргонні. «Краще розуміючи, як різні типи катодних матеріалів деградують, ми можемо допомогти розробити набір високофункціональних катодних матеріалів, що вирішує проблему зниження ємності акумуляторів електромобілів та для задоволення енергетичних потреб світу».

*На головній сторінці зображення. Дослідники продемонстрували, що деградація монокристалічних катодів з неметал-метал-металургійних матеріалів переважно визначається окремим режимом еханічного руйнування.

Джерело: ІЕ

Дякую, що залишаєтеся зі мною. Вам подобаються мої статті? Бажаєте бачити більше цікавих матеріалів?😌 Підтримайте мене, залишайте коментар або лайк і порекомендуйте знайомим.✍ Ви допоможите мені досягти  встановлену ціль — щоденне відвідування на сайті 1000 чоловік.