Новое исследование раскрыло, почему аккумуляторы изнашиваются быстрее обычного

Учёные выяснили, что частицы внутри литиевых аккумуляторов ведут себя совсем не так, как считали раньше. Они не остаются неподвижными, а постоянно перемещаются, сталкиваются и перестраиваются во время каждой зарядки и разрядки. Это динамичное движение создаёт сильный механический стресс, приводит к микротрещинам и заметно ускоряет износ батареи. Раньше такие процессы считали медленными и статичными, но теперь стало ясно, что именно активная «жизнь» частиц заставляет аккумуляторы терять ёмкость гораздо быстрее.

Исследователи из Северо-Восточного университета впервые проследили за поведением частиц в реальном времени. Оказалось, что материалы в батарее работают как падающие звёзды: они активно двигаются, меняют положение и создают слабые места в структуре. Ранее специалисты предполагали, что частицы просто постепенно разрушаются на своих местах, однако новое наблюдение полностью перевернуло эту картину и объяснило, почему реальный срок службы батарей часто оказывается короче расчётного.

Учёные отметили, что раньше считалось, будто частицы спокойно сидят на месте и медленно деградируют, но на деле они перемещаются очень активно и ведут себя как падающие звёзды, а не как неподвижные объекты. Такие столкновения и сдвиги накапливают внутреннее напряжение, которое и становится главной причиной поломок. Это открытие помогает понять, почему даже самые современные материалы не всегда дают долгую жизнь аккумулятору.

Теперь инженеры смогут создавать батареи с учётом этой динамики: либо ограничивать движение частиц, либо делать конструкции, которые лучше выдерживают такой стресс. Результаты исследования, опубликованные в журнале Science, открывают путь к более долговечным аккумуляторам для электромобилей и систем хранения энергии. В итоге устройства будут служить дольше, а их замена потребуется реже.

Источник: interestingengineering