В режиме реального времени: российские учёные впервые измерили «хрупкость» работающего литиевого аккумулятора 01.10.26

Исследователи из Сколтеха, МГУ имени М. В. Ломоносова и Исследовательского центра IDEA получили данные о том, как меняется механическая устойчивость литиевого аккумулятора прямо в процессе его работы.

Команда учёных создала способ отслеживать деградацию литий-ионных батарей без их демонтажа — прямо во время эксплуатации. В основе подхода — специальная модифицированная ячейка и алмазный наконечник плоской формы. Благодаря им удалось в реальном времени увидеть, как химические процессы внутри аккумулятора провоцируют резкое снижение механической устойчивости его компонентов. Итоги работы опубликованы в журнале Measurement.

Раньше, чтобы изучить состояние аккумулятора, его нужно было разобрать и высушить — из-за этого в материале появлялись искусственные дефекты, а реальная картина поведения компонентов в среде электролита оставалась неясной. Новый подход позволил избавиться от этого недостатка: вместо традиционного острого наконечника исследователи использовали плоский цилиндрический индентор. Он даёт возможность равномерно приложить нагрузку к пористому электроду и собрать обобщённые данные с учётом влияния связующих полимеров, углеродных добавок и жидкого электролита.

В ходе опытов специалисты последовательно зафиксировали, как меняются упругость и твёрдость катода на четырёх этапах фазовых превращений при высоком напряжении. Старший научный сотрудник Лаборатории иерархически структурированных материалов Центра инженерных систем и наук Сколтеха Евгений Статник отмечает: «В то время как твёрдость и модуль упругости катода оставались практически неизменными на протяжении всего цикла зарядки-разрядки, работа пластической деформации при переходе в высоковольтную фазу H3 резко снижалась — на 28 %. Катодный материал не становился мягче, он терял способность пластически деформироваться под механической нагрузкой, из-за чего резко возрос риск растрескивания частиц и разрушения всей структуры при работе выше 4,2 В». Полученные параметры помогут инженерам точнее моделировать накопление напряжений и рост трещин, а производителям — проектировать более надёжные и ёмкие батареи.

Источник: Сколтех