Исследователи из Сколтеха придумали, как заставить литий-ионные аккумуляторы служить дольше. Такие батареи стоят в наших смартфонах, ноутбуках и электромобилях, но со временем их емкость падает.
В чем проблема?
Сердце современной батареи — это катод, часто сделанный с большим количеством никеля. Он дает высокую емкость, но при каждом цикле заряда-разряда внутри материала появляются микротрещины. Это и есть главная причина старения батареи.
Как решают?
Ученые уже создают катоды со сложной структурой, где никеля много в центре частицы, но меньше у поверхности. Это повышает стабильность. Но при финальном высокотемпературном производстве эта тонкая структура разрушается.
Простое решение
Российские ученые нашли элегантный выход: они добавили в материал катода всего 0.5% оксида тантала. Эта крошечная добавка дала огромный эффект.
Что делает тантал?
Оказалось, тантал не смешивается равномерно с основным материалом. Вместо этого он образует сверхтонкое защитное покрытие (всего несколько нанометров) на поверхности кристалликов, из которых состоит катод.
Этот нанослой работает как броня:
- Не дает никелю "переезжать" внутри материала, что и вызывало трещины.
- Сохраняет сложную градиентную структуру катода при производстве.
- Защищает от нагрева и циклических нагрузок.
Результат
Благодаря танталу скорость деградации батареи (падение емкости за цикл) замедлилась почти в два раза. Это значит, что аккумулятор сможет работать значительно дольше без потери мощности.
Что дальше?
В Сколтехе планируют наладить пробное производство нового материала под названием NMC90-GTa. Это открывает путь к созданию более надежных, долговечных и безопасных батарей для всего: от гаджетов до электротранспорта.