Российские учёные, экспериментируя с различными аккумуляторными материалами, придумали, как изменить их микроструктуру, чтобы повысить плотность энергии. Новая технология позволит создавать более компактные батареи, а следовательно электромобили смогут проезжать большее расстояние на одной зарядке. Эксперты надеются, что дальнейшие эксперименты позволят еще больше увеличить эффективность новой конструкции.

Ученые из Сколково продемонстрировали новую конструкцию электрода, который позволит электромобилям значительно увеличить дальность хода на одной зарядке. Depositphotos

Работа была проведена учеными Сколковского института науки и технологий и сосредоточена на работе катода - одного из двух электродов аккумуляторной батареи. Во многих литий-ионных элементах питания такой электрод состоит из слоистых оксидов переходных металлов, известных как NMC, богатых никелем и состоящих из частиц в форме октаэдра.

Поэтому, когда две такие частицы сталкиваются друг с другом, между ними неизбежно остаются пустые места. Ученые смогли изменить структуру обычных NMC, изменив процедуру синтеза, постепенно добавляя инертную соль. Такой подход позволил изменить октаэдрическую форму частиц на сферическую.

"Наш новый материал — это монокристаллический NMC со сферическими частицами, объединяющий в себе лучшее из двух возможных вариантов в плане максимального увеличения плотности", — рассказывает один из участников проекта Александра Савина. В отличие от поликристаллов, частицы порошка не имеют внутренней структуры, поэтому на границах зерен нет пустот. Кроме того, в один и тот же ограниченный объем можно уместить больше монокристаллов сферической формы, чем октаэдрической, поэтому и плотность получается больше".

Микроскопическое изображение сферических частиц, составляющих перспективный электрод нового аккумулятора Ivan Moiseev et al./Energy Advances

По словам экспертов, новый материал обеспечивает увеличение плотности энергии до 25%. Ученые считают, что путем дальнейших экспериментов можно значительно улучшить результат. Например, смешивая более мелкие и более крупные частицы. Еще одна важная деталь - сферические частицы минимизируют поверхностный контакт с электролитом батареи, что замедляет деградацию катода.

"Катодные материалы являются узким местом в производстве батарей для электромобилей", - считает руководитель проекта профессор Артем Абакумов. "В катодах батарей для электромобилей, как правило, используются слоистые оксиды переходных металлов, в том числе богатые никелем. Мы усовершенствовали два широко используемых материала такого рода, добившись увеличения плотности энергии на 10%-25%. Это позволяет уменьшить размер катодов, сделать батареи более компактными и, следовательно, увеличить емкость хранения энергии при том же объеме. Дополнительным бонусом является то, что материал значительно медленнее деградирует".

Исследование было опубликовано в журнале Energy Advances. 

Источники: Сколковский институт науки и технологий, journal Energy Advances. 

1. (https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/YA/D2YA00211F)
2. (https://www.skoltech.ru/2022/10/uchyonye-uluchshili-katodnyj-material-chtoby-povysit-probeg-elektrokarov-na-odnoj-zaryadke/)