Нанопокрытие для батарей электромобилей: ученые увеличили срок службы в 5 раз

Учёные из Арканзасского университета нашли способ продлить жизнь батареям электромобилей в пять раз. Команда инженеров под руководством Сянбо «Генри» Мэна разработала нанопокрытие, которое улавливает вредный кислород внутри литий-ионных ячеек и не даёт им деградировать.

Проблема популярных катодов NMC811 (никель-марганец-кобальт) известна давно: при многократных циклах заряда-разряда материал выделяет кислород. Этот кислород вступает в реакцию с электролитом, образует газы и побочные продукты, разрушает структуру электрода и снижает ёмкость батареи.

Решение оказалось изящным. Исследователи нанесли на поверхность катода слой сульфида циркония толщиной всего два нанометра. Когда при работе батареи выделяется кислород, покрытие химически связывает его, превращаясь в сульфат циркония. По сути, слой работает как «ловушка» для кислорода: он не даёт ему окислять электролит и повреждать внутренние компоненты ячейки.

Бонусом защитный слой стабилизирует границу между катодом и электролитом, снижает риск микротрещин и сохраняет кристаллическую структуру активного материала. В тестах обычные катоды NMC811 теряли работоспособность уже после ~200 циклов. Образцы с нанопокрытием проработали более 1 000 циклов, а после 1 300 циклов сохранили около 60 % исходной ёмкости.

Технологию наносили методом атомно-слоевого осаждения — точный промышленный процесс, который уже используют при производстве полупроводников. Это упрощает масштабирование разработки. Сейчас испытания проводили на монетных элементах питания, но авторы работы уверены: подход применим и к крупноформатным батареям для электромобилей.

Кевин Веласкес, аспирант и первый автор исследования, отметил в публикации, что команда продолжает работу над оптимизацией состава покрытия и подбором совместимых электролитов. Учёные планируют проверить долговечность решения при высоких температурах и быстрой зарядке — ключевых сценариях эксплуатации электрокаров.

Источник: interestingengineering