В режиме реального времени: российские ученые впервые измерили «хрупкость» работающего литиевого аккумулятора
- CNews FORUM 12 ноября
- CNews AWARDS 12 ноября
- Школа Роста
- Российский рынок облаков за 20 лет
- 30 лет рынку ERP в России
- Главные
ИТ-сценарии 2026 - Цифровизация
- Импортозамещение
- Безопасность
- ИТ в госсекторе
- ИТ в банках
- ИТ в торговле
- Телеком
- Интернет
- ИТ-бизнес
- Рейтинги
- Инфографика
|
Исследователи из Лаборатории иерархически структурированных материалов Центра инженерных систем и наук «Сколтеха» и Центра энергетических технологий «Сколтеха» (институт входит в группу ВЭБ.РФ) совместно с коллегами из МГУ имени М.В. Ломоносова и Исследовательского центра IDEA разработали уникальный метод изучения механической деградации литий-ионных аккумуляторов непосредственно в процессе их работы. Об этом CNews сообщили представители «Сколтеха».
С помощью модифицированной ячейки и плоского алмазного наконечника ученым удалось впервые в режиме реального времени зафиксировать, как химические изменения внутри батареи приводят к резкому охрупчиванию ее элементов. Результаты исследования, раскрывающие скрытые механизмы старения аккумуляторов и поддержанные грантом РНФ, опубликованы в научном журнале Measurement.
Механическое разрушение катодных материалов с высоким содержанием никеля (NMC811) остается одним из главных препятствий на пути к созданию долговечных и безопасных батарей для портативных электронных устройств и электромобилей. В процессе постоянной зарядки и разрядки частицы материала меняют свой объем и форму, что приводит к появлению микротрещин и постепенному выходу аккумулятора из строя. Ранее инженерам приходилось разбирать и высушивать батареи для анализа, однако этот подход сильно искажал реальную картину и создавал искусственные дефекты, не позволяя зафиксировать истинные свойства материалов в агрессивной среде жидкого электролита.
«Мы впервые провели такого рода испытания и смогли количественно оценить изменения механических свойств катодного материала в режиме реального времени при электрохимическом циклировании, — сказал первый автор статьи, старший научный сотрудник Лаборатории иерархически структурированных материалов Центра инженерных систем и наук «Сколтеха» Евгений Статник. — В то время как твердость и модуль упругости катода оставались практически неизменными на протяжении всего цикла зарядки-разрядки, работа пластической деформации при переходе в высоковольтную фазу H3 резко снижалась — на 28%. Катодный материал не становился мягче, он терял способность пластически деформироваться под механической нагрузкой, из-за чего резко возрос риск растрескивания частиц и разрушения всей структуры при работе выше 4,2 вольт».
В ходе экспериментов исследователи применили плоский цилиндрический индентор вместо стандартного острого наконечника пирамидальной формы. Это инженерное решение позволило равномерно распределить нагрузку по поверхности пористого электрода и получить усредненные мезомасштабные данные, учитывающие влияние полимерного связующего, углеродных добавок и жидкого электролита. Метод помог последовательно отследить изменения упругости и твердости на четырех ключевых этапах фазовых превращений катода при высоком напряжении.
Что мешает ИИ-ассистенту корректно решать задачи сотрудников Цифровизация
«Нам удалось обойти фундаментальное ограничение герметичности современных аккумуляторов, создав оригинальный дизайн дисковой ячейки формата CR2032 со специальным окном доступа, — сказал соавтор исследования, директор Центра энергетических технологий «Сколтеха» заслуженный профессор Артем Абакумов. — Это позволило одновременно контролировать электрические параметры аккумулятора и проводить наноиндентирование, то есть буквально "прощупывать" механический отклик композитного катода алмазным зондом прямо в момент протекания электрохимических реакций».
«Разработанная экспериментальная платформа представляет собой развитие парадигмы operando-исследований сложных электрохимических и механических процессов в литиевых аккумуляторах, — сказал соавтор статьи, профессор Центра инженерных систем и наук «Сколтеха», руководитель Лаборатории иерархически структурированных материалов Александр Корсунский. — Результаты новых экспериментов дают нам надежные эталонные параметры, которые критически важны для калибровки и валидации многомасштабных расчетных моделей. Точные количественные данные о потере пластичности катода позволят инженерам более реалистично прогнозировать эволюцию внутренних напряжений и распространение трещин. В конечном счете это послужит надежной диагностической основой для оптимизации безопасных окон эксплуатации и поможет производителям целенаправленно конструировать механически устойчивые батареи высокой плотности энергии».
KioskNews shows a cleaned-up reading view extracted from the publisher’s page — the original always lives on their site, not ours.