Дефект катода оказался полезным

Удивительное свойство катодного материала, основанного на никель-марганцевой шпинели, удалось обнаружить в Университете Калифорнии. Местные физики наблюдали за катодными дефектами во время зарядки/разрядки. При помощи когерентного рентгеновского излучения удалось более качественно рассмотреть внутренние "неровности" исследуемых кристаллов. Для генерирования излучения использовался синхротрон 3-го поколения. Все это позволило добиться согласованного колебания волн, как в лазерном излучении.

Авторы эксперимента собрали прозрачный аккумулятор, через который пропускалось рентгеновское излучение. Фиксировалось оно при помощи специального детектора. Катодом был выбран смешанный оксид никеля, лития и марганца с определенной кристаллической решеткой. Переносчиками заряда здесь выступили ионы лития. Во время зарядки/разрядки ионы движутся между катодом и анодом, что и становится причиной материальных дефектов. Изменяя напряжение тока во время зарядки, эксперты смогли наблюдать различные явления. Но самое удивительное, что некоторые из таких нарушений вполне могут оказаться полезными. К примеру, напряжение выше 4,5 вольта приводило к тому, что вокруг дефектов появлялась область с отрицательной сжимаемостью. То есть растягивание вдоль определенного направления дефекта приводило к расширению и в других направлениях. Это довольно странно, ведь при растягивании материала в одном направлении в остальных он должен сжиматься.

По мнению физиков, такое необычное свойство дает возможность катоду лучше справляться с высокими напряжениями, не разрушаясь в процессе. По сути, это первый случай, когда аккумуляторный материал показывает столь странное поведение. Как известно, именно деградация катода становится причиной выхода аккумуляторов из строя. Каждая зарядка/разрядка оставляет после себя некоторое количество дефектов, которые в результате лишают материал способности накапливать ионы лития. Как итог – емкость батареи уменьшается.

Источник: "Агентство по инновациям и развитию"