Почему батареи трескаются: ученые заглянули внутрь аккумулятора

Ученые Сколтеха вместе с коллегами из МГУ и исследовательского центра IDEA впервые измерили, как меняется прочность литий-ионного аккумулятора прямо во время работы. Выяснилось, что при высоком напряжении катод резко теряет способность к пластической деформации и начинает трескаться. Работа опубликована в журнале Measurement, сообщили «Газете.ру» 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», позволяющую одновременно следить за электрическими параметрами и «прощупывать» катод алмазным зондом 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%. Материал не становился мягче, он терял способность «поддаваться» нагрузке, и потому резко рос риск растрескивания.

Точные данные о потере пластичности помогут инженерам реалистичнее прогнозировать появление трещин и создавать более устойчивые батареи высокой емкости, отмечают авторы. Исследование поддержано грантом РНФ.