Przełom w badaniach: ukryty mechanizm pękania baterii litowo-jonowych ujawniony
Naukowcy z University of Chicago odkryli nieznany dotąd mechanizm degradacji baterii litowo-jonowych, który wyjaśnia ich krótszą żywotność i otwiera drogę do bezpieczniejszych oraz trwalszych akumulatorów dla pojazdów elektrycznych.
Nowe odkrycia dotyczące degradacji baterii litowo-jonowych
Zespół badaczy z amerykańskiego University of Chicago oraz Argonne National Laboratory zidentyfikował ukryty mechanizm prowadzący do pękania zaawansowanych baterii litowo-jonowych. Wyniki opublikowane w czasopiśmie Nature Nanotechnology rzucają światło na przyczyny utraty pojemności i skróconej żywotności akumulatorów wykorzystywanych m.in. w pojazdach elektrycznych.
Dlaczego nowe materiały nie spełniały oczekiwań?
Dotychczas inżynierowie starali się ograniczyć pękanie katod, stosując materiały polikrystaliczne bogate w nikiel (PC-NMC). Jednak nawet po przejściu na katody jednokrystaliczne (SC-NMC), które pozbawione są granic ziaren, problem degradacji nie został rozwiązany. Zespół pod kierunkiem Jing Wang z UChicago PME odkrył, że przyczyny uszkodzeń w materiałach jednokrystalicznych są inne niż w polikrystalicznych, a powielanie tych samych zasad projektowania prowadziło do nieoptymalnych rezultatów.
Różnice w mechanizmach pękania
W przypadku katod polikrystalicznych, wielokrotne ładowanie i rozładowywanie powoduje powstawanie naprężeń między ziarnami, prowadząc do pękania. Natomiast w katodach jednokrystalicznych reakcje chemiczne zachodzą nierównomiernie w obrębie pojedynczej cząstki, co generuje wewnętrzne naprężenia i również skutkuje pęknięciami.
„Kiedy ludzie próbują przechodzić na katody jednokrystaliczne, kierują się podobnymi zasadami projektowania jak w przypadku polikrystalicznych. Nasza praca pokazuje, że główny mechanizm degradacji jest inny, co wymaga odmiennych składów materiałowych.”
– Jing Wang, University of Chicago PME
Nowe spojrzenie na rolę kobaltu i manganu
Badania wykazały, że w katodach jednokrystalicznych mangan przyczynia się do większych uszkodzeń mechanicznych, podczas gdy kobalt – dotąd uważany za szkodliwy – poprawia trwałość i wydłuża żywotność baterii. To odkrycie zmienia dotychczasowe podejście do projektowania i doboru materiałów.
„Nie tylko potrzebne są nowe strategie projektowania, ale również inne materiały, aby katody jednokrystaliczne osiągnęły pełny potencjał.”
– Ying Shirley Meng, Argonne National Laboratory
Znaczenie odkrycia dla elektromobilności
Identyfikacja nowego mechanizmu degradacji umożliwi opracowanie bezpieczniejszych i bardziej wydajnych akumulatorów dla pojazdów elektrycznych oraz innych zastosowań wymagających wysokiej trwałości. Zespół badawczy podkreśla, że kolejnym wyzwaniem będzie znalezienie tańszych zamienników dla kobaltu, przy zachowaniu jego pozytywnego wpływu na trwałość baterii.
„Postęp następuje cyklicznie – rozwiązujemy jeden problem, by przejść do kolejnego. Wiedza z tej pracy pomoże tworzyć bezpieczniejsze i trwalsze materiały na potrzeby przyszłych baterii.”
– Khalil Amine, Argonne National Laboratory
Podsumowanie
Nowe badania amerykańskich naukowców mogą znacząco wpłynąć na rozwój technologii magazynowania energii, a ich wdrożenie może przyczynić się do popularyzacji elektromobilności na świecie.
Źródło: ScienceDaily
Obserwuj
Może Cię również zainteresować
Fortum rozszerza współpracę ze Steady Energy nad reaktorami SMR do ciepłownictwa
Fińska spółka energetyczna Fortum zacieśnia współpracę z firmą Steady Energy, inwestując w rozwój małych reaktorów modułowych (SMR) dedykowanych produkcji ciepła. Nowa umowa obejmuje wsparcie eksperckie oraz inwestycję kapitałową w innowacyjny reaktor LDR-50.
Coraz większa rola osadów ściekowych w produkcji energii i odzysku fosforu w Niemczech
Niemieckie oczyszczalnie ścieków coraz częściej wykorzystują osady ściekowe do produkcji energii i odzysku cennych surowców, takich jak fosfor. Najnowsze dane Federalnego Urzędu Statystycznego za 2024 rok pokazują zmiany w sposobach zagospodarowania tych odpadów.
Globalne wyzwania i szanse: amoniak jako nośnik energii i wodoru według badaczy MIT
Amoniak może odegrać kluczową rolę w dekarbonizacji energetyki i transporcie wodoru. Nowe badania MIT pokazują, jakie są koszty i emisje różnych technologii produkcji amoniaku na świecie.
Najbogatszy 1% świata zużył swój roczny limit emisji CO2 w 10 dni – analiza Oxfam
Nowa analiza Oxfam ujawnia, że najbogatszy 1% globalnej populacji przekroczył swój roczny limit emisji CO2 już w pierwszych 10 dniach 2026 roku. Wyniki te podkreślają rosnącą nierówność klimatyczną i konieczność zdecydowanych działań wobec największych emitentów.
Autonomiczne dostawcze robovany w Chinach – szybki rozwój i wyzwania technologiczne
W chińskich miastach coraz częściej pojawiają się autonomiczne pojazdy dostawcze. Innowacyjne rozwiązania przyciągają uwagę, ale niosą też nowe wyzwania dla bezpieczeństwa i infrastruktury.
Ponad 4 mln zł z KPO na termomodernizację szkoły i przedszkola w Przedczu
Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej podpisał dwie umowy na dofinansowanie kompleksowej termomodernizacji Szkoły Podstawowej i Przedszkola Gminnego w Przedczu. Projekty otrzymały ponad 4 mln zł bezzwrotnej dotacji z KPO.
Komentarze