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
Jeden z największych magazynów energii w Polsce oficjalnie otwarty. Obiekt o mocy 200 MW wesprze stabilność KSE
W miejscowości Turośń Kościelna w województwie podlaskim uruchomiono jeden z największych bateryjnych magazynów energii w Polsce. Obiekt dysponuje mocą 200 MW oraz pojemnością 800 MWh, co pozwala na oddawanie energii do sieci z pełną mocą przez około cztery godziny. Inwestycja stanowi kolejny przykład dynamicznego rozwoju wielkoskalowych magazynów energii w Polsce, które stają się jednym z kluczowych elementów transformacji krajowego systemu elektroenergetycznego.
ACER otwiera konsultacje publiczne dotyczące nowych zasad raportowania danych REMIT
Agencja ds. Współpracy Organów Regulacji Energetyki (ACER) rozpoczęła konsultacje publiczne projektów dokumentów dotyczących zmienionych zasad raportowania danych w ramach nowelizacji rozporządzenia REMIT oraz nowych wytycznych wykonawczych.
TAURON pozyskuje 1,12 mld zł z EBI na farmę wiatrową w Miejskiej Górce – największa inwestycja OZE w regionie
TAURON uzyskał 1,12 mld zł finansowania z Europejskiego Banku Inwestycyjnego na budowę jednej z największych farm wiatrowych w Polsce – w Miejskiej Górce. Inwestycja wzmocni pozycję Grupy w transformacji energetycznej i przyczyni się do realizacji celów klimatycznych.
Fundacja Energa inwestuje w bezpieczeństwo przejazdów kolejowych – aktywne znaki STOP na Pomorzu i Warmii
Na 85 przejazdach kolejowych kategorii D w regionach Pomorza, Warmii i Mazur pojawią się innowacyjne, aktywne znaki STOP. Fundacja Energa przeznaczyła na ten cel ponad 1,2 mln zł, by poprawić bezpieczeństwo i ograniczyć liczbę wypadków na niebezpiecznych przejazdach.
147 nowych przyłączy dla stacji ładowania – rusza wielka modernizacja sieci dla elektromobilności
Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej oraz operatorzy OSD inwestują 1,26 mld zł w rozbudowę i modernizację sieci elektroenergetycznych. Powstanie 147 nowych lub zmodernizowanych miejsc dostarczania energii dla stacji ładowania dużej mocy, co przyspieszy rozwój elektromobilności w Polsce.
Renaturyzacja rzek z rekordowym wsparciem: 100 mln zł dla samorządów i NGO w programie FEnIKS
Samorządy i organizacje pozarządowe po raz pierwszy mogą ubiegać się o bezzwrotne środki na renaturyzację rzek, jezior i mokradeł. W ramach programu FEnIKS dostępnych jest 100 mln zł, z możliwością dofinansowania nawet 79,71% kosztów projektów.
Komentarze