Трещины в батареях: «не баг, а фича»! Учёные предлагают поломать Li-ion, чтобы ускорить зарядку

Наука явно с юморком! Чисто наш метод — стукнуть, чтобы работало!

Учёные из Мичигана (США) говорят, надо электроду треснуть. Так получается сделать зарядку аккумуляторов Li-ion быстрее.

Устали, что ваша «Тесла» заряжается несколько часов? Просто её батареям нужен хороший «пендель».

🔻 Выписали основные тезисы из публикации сотрудников американского универа [источник].

Иллюстрация к статье «Как сделать зарядку аккумуляторов Li-ion быстрее».

Трещины в электродах ускоряют зарядку батарей. Как?

1. Исследователи из Университета Мичигана обнаружили, что трещины на катоде литий-ионных батарей ускоряют зарядку.
2. Катоды с трещинами обладают большей площадью поверхности и лучше подходят для проникновения литиевых ионов, чем гладкие монолитные материалы.
3. Эффект нужен для электромобилей — никому не хочется ждать пять часов, пока машина зарядится, если это можно сделать за 15-30 минут.

Иллюстрация из исследовательских материалов с экспериментом.

Как они поняли, что с трещинами стало быстрее заряжаться?

• Исследователи измеряли скорость зарядки отдельных частиц катода.
• Микроскопические частицы катода изготавливают из различных материалов: оксида лития-никеля-марганца-кобальта, либо из оксида лития-никеля-кобальта-алюминия.
• В теории, чем меньше частицы, тем быстрее они должны заряжаться, потому что у них больше площади поверхности относительно объёма.
• Но измерить скорость зарядки каждой частицы отдельно обычными методами не получалось (только среднюю скорость для всех частиц).
• Исследователи пошли на хитрость — взяли устройство, которое обычно используют нейробиологи для изучения работы мозговых клеток.
• Частицы катода поместили на микроэлектроды на чипе размером 2 на 2 сантиметра и заряжали и разряжали их по одной или по несколько одновременно.

Что это нам вообще даёт (людям)?

1. Эксперимент показал на практике, что скорость зарядки катодов не зависит от их размера вообще (ранее это было гипотезой).
2. Исследователи показали, что большие частицы ведут себя как набор маленьких частиц, когда они трескаются (в силу возраста, например).
3. То есть старые или повреждённые батареи могут заряжаться быстрее, хотя их ёмкость ещё не просела значительно (ранее считалось, что это связано только с тем, что ёмкость необратимо сокращается).
4. Учёные узнали, что ионы лития движутся очень быстро в «межзерновых» границах (это тонкие пространства между кристаллами, из которых состоят частицы катода).
5. Последнее актуально только для жидкостного электролита (должен проникать в трещины и заполнять их).
6. Сегодня всё чаще заказывают монокристаллические частицы для производства катодов — электромобилям они теперь не подходят, так как медленнее заряжаются.
7. Для электромобилей производители теперь предпочтут частицы катода с зернистой структурой, который можно заряжать быстрее.

Иллюстрация «разгона» аккумуляторов растрескиванием электрода. Создано с помощью алгоритмов Stable Diffusion.

***

Напоминаем, что литий-ионная технология сохраняет свою стабильность и безопасность только при штатном использовании, какое задумал производитель при разработке!

🔥 Это новое знание не призывает пойти и бросить на пол все ваши аккумуляторы от смартфонов и фонариков!

Повреждения при падении с высоты приведут скорее не к «полезным» для быстрой зарядки трещинам на катоде, а к разрыву сепаратора (разделителя) и повреждению поверхностных материалов. Такой исход угрожает пожаром из-за короткого замыкания внутри элементов и неконтролируемого теплового разгона.

Трещина катода на 3D-модели под увеличением.

Узнайте подробнее про катод аккумулятора смартфона под микроскопом.

[Само исследование: https://doi.org/10.1039/D3EE00953J, 27 июля 2023].

⚡ Узнайте больше научного про аккумуляторы: