Просмотр по

Подвижные нанодефекты упрочняют материал катода

Подвижные нанодефекты упрочняют материал катода

Катодные материалы в большинстве сегодняшних литий-ионных батарей работают со максимальным напряжением 4,2 В, но шпинель LNMO (состоит из атомов Li, Ni, Mn, O) может функционировать и при более высоких значениях напряжения, вплоть до 4,9 В. Причины, почему данный материал превосходит в этом отношении другие, долгое время оставались загадкой.

Команда физиков и наноинженеров Калифорнийского университета в Сан-Диего в статье для журнала Science предложила свой ответ на этот вопрос. Используя рентгеновский источник Advanced Photon Source Аргоннской Национальной Лаборатории, ученые смогли визуализировать этот катодный материал, находящийся внутри заряжающейся литий-ионной батареи.

Анализ полученных данных позволил идентифицировать дефекты внутри этого материала. Каждый из них имеет характерный размер менее нанометра, но генерирует вокруг себя область деформации, измеряемую десятками нанометров и заметную на реконструированном исследователями 3D-изображении материала.

Обычно в материалах под воздействием напряжения развиваются трещины, но шпинель LNMO реагирует на нагрузку, генерируемую высоким напряжением, уникальным образом – ее дефекты приходят в движение.

Авторы смогли рассчитать, как движение дефектов влияет на механические свойства материала. Оказалось, что при зарядке шпинель имеет аномальный, отрицательный коэффициент Пуассона, то есть при растяжении по одной оси материал увеличивается в размерах и по двум остальным.

Как утверждают ученые, именно это редкое свойство позволяет данному катодному материалу сохранять свою форму, делая его устойчивым к напряжениям, разрушающим другие катоды. Изложенные в публикации результаты, по мнению ее авторов, помогут в разработке конструкций литий-ионных батарей, рассчитанных на более высокие рабочие напряжения.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *