Новое открытие объясняет, почему аккумуляторы теряют ёмкость со временем

Международная группа исследователей из Сингапура и США установила механические свойства дендритов — наноразмерных структур, образующихся в литий-ионных аккумуляторах и вызывающих их выход из строя. Работу провели специалисты Технологического института Нью-Джерси, Университета Райса, Технологического института Джорджии, Хьюстонского университета и Технологического университета Наньян.

Дендриты представляют собой игольчатые наросты толщиной в сто раз меньше человеческого волоса. Они формируются на аноде при зарядке, когда литий вместо равномерного распределения по поверхности отрицательного полюса образует металлические структуры. Эти образования прорастают через сепаратор между электродами, вызывая короткое замыкание, перегрев и возгорание батареи.

Исследователи извлекли дендриты из работающих аккумуляторов и изучили их в герметичных камерах с применением электронной микроскопии высокого разрешения. Эксперимент показал неожиданный результат: вопреки предположениям о пластичности дендритов, они оказались хрупкими и жесткими.

Причина заключается в межфазной границе твердого электролита, формирующейся вокруг наростов. Этот слой превращает дендриты в твердые шипы, способные протыкать компоненты элемента. При механической нагрузке они разрушаются на фрагменты, которые остаются внутри батареи как неактивный литий, снижающий емкость.

Открытие позволяет разработать методы подавления роста дендритов путем блокировки поверхностного слоя, делающего их жесткими. Исследователи рассматривают использование анодов из литиевых сплавов для предотвращения хрупкого разрушения наростов.