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
Bezpieczeństwo klimatyczne Polski – eksperci o konieczności zintegrowanego zarządzania energią, powietrzem i wodą
Podczas konferencji w Senacie RP eksperci oraz przedstawiciele władz i samorządów podkreślili, że skuteczne budowanie odporności Polski wymaga spójnego zarządzania energią, powietrzem i wodą. Przedstawiono propozycje zmian prawnych mających wzmocnić bezpieczeństwo kraju.
300 tys. zł dla szkół, bibliotek i uczelni. Rusza kolejna edycja programu „Czysta Moc Energii”
Respect Energy uruchamia drugą edycję programu grantowego „Czysta Moc Energii”, w ramach którego instytucje edukacyjne i lokalne ośrodki z całej Polski mogą zdobyć środki na działania związane z edukacją energetyczną i klimatyczną. Do rozdysponowania jest łącznie 300 tys. zł, a pojedyncze granty wynoszą 30 tys. zł.
Program ponownie pokazuje, że transformacja energetyczna to nie tylko wielkie inwestycje i decyzje na szczeblu centralnym, ale również oddolne inicjatywy realizowane blisko ludzi – w szkołach, bibliotekach czy domach kultury.
PGE prezentuje wyniki finansowe i operacyjne za 2025 rok: wzrost EBITDA i spadek zadłużenia
Grupa PGE opublikowała szczegółowe wyniki za 2025 rok, notując wzrost powtarzalnego zysku EBITDA i obniżenie zadłużenia netto. Największy udział w wynikach miała dystrybucja oraz segmenty ciepłowniczy i odnawialny.
Nowa Chemia ORLEN: szybciej, sprawniej i taniej – aktualizacja inwestycji w Płocku
ORLEN zaktualizował projekt Nowa Chemia, znacząco redukując koszty i ustalając realny harmonogram. Inwestycja w Płocku ma przynieść szybsze efekty, większy udział polskich firm i poprawę efektywności energetycznej.
GAZ-SYSTEM z pozytywną opinią KE w sprawie certyfikacji jako operator wodorowy
Komisja Europejska wydała pozytywną opinię dotyczącą certyfikacji niezależności GAZ-SYSTEM jako operatora systemu przesyłowego wodorowego. To pierwszy taki przypadek w Unii Europejskiej i ważny krok dla polskiego rynku wodoru.
PGE Energia Odnawialna wybrała wykonawcę Magazynu Energii Gryfino
PGE Energia Odnawialna zakończyła wybór wykonawcy dla największego w Polsce bateryjnego magazynu energii – inwestycji w Gryfinie. Projekt zrealizuje konsorcjum polskich firm, a dostawcą technologii będzie Fluence Energy.
Komentarze