Эксперимент показал, что взлом литий-ионных аккумуляторов ускоряет зарядку электромобилей

Исследование ученых из Мичиганского университета показало, что трещины на положительном электроде литий-ионных аккумуляторов не только не наносят вреда, но и ускоряют заряд батареи.

Это опровергает мнение многих производителей электромобилей (EV), которые заинтересованы в создании батарей с "миллионными милями" о том, что трещины снижают долговечность батарей, и стараются по максимуму предотвращать их возникновение.

"К сожалению, если убрать трещины, то частицы аккумулятора не смогут быстро заряжаться без дополнительной площади поверхности, образованной этими трещинами", - говорит Йиян Ли, автор исследования.

Исследователи заявили, что полученные ими результаты применимы более чем к половине всех аккумуляторов EV, в которых катод состоит из триллионов микроскопических частиц оксида алюминия-никеля-кобальта-лития или оксида марганца-кобальта-никеля-лития.

В теории на скорость зарядки катода влияет соотношение поверхности частиц к их объему. Маленькие частицы должны заряжаться быстрее, чем большие, а это значит, что ионы лития, проходя через них, преодолевают меньшее расстояние.

Однако измерить зарядные свойства отдельных частиц катода напрямую традиционные методы не позволяли. Можно было получить лишь среднее значение для всех частиц. Это ограничение говорит о том, что общеустановленная зависимость между размером катодных частиц и скоростью зарядки - всего лишь предположение.

Исследователи выяснили, что частицы катода после растрескивания приобретают более активные поверхности для поглощения ионов лития не только снаружи, но и внутри трещин.

Выявить положительный эффект растрескивания катодов помогло определение скорости зарядки их отдельных частиц. Ли и Мин проделали это, поместив частицы в устройство для изучения передачи электрических сигналов отдельны клеток мозга человека, используемое нейробиологами.

Каждый массив частиц в эксперименте представлял собой специальный чип размером 2*2 см с микроэлектродами в количестве до 100 штук. Рассеивая частицы катода в центре чипа, ученые перенесли при помощи иглы толщиной в 70 раз меньше человеческого волоса отдельные частицы на собственные электроды.

После установки на место удалось разряжать и заряжать одновременно до 4 отдельно взятых частиц. В общей сложности ученые измерили 21 частицу.

Эксперимент показал, что размер частиц катода не уменьшает скорость их зарядки, а даже может ее увеличить. Ли и Мин объясняет это тем, что при растрескивании крупные частицы ведут себя как совокупность более мелких.

Преимущества растрескавшихся материалов не стоит недооценивать при разработке долговечных аккумуляторов с нетрескающимися монокристаллическими частицами. Для быстрой зарядки они, вероятно, должны быть меньше современных частиц растрескивающегося катода.