В статье, опубликованной сегодня в журнале Nature Materials, ученые из Калифорнийского университета в Ирвайне и Брукхейвенской национальной лаборатории провели детальное исследование слоистых катодов с высоким содержанием никеля, которые считаются перспективными компонентами для батарей следующего поколения.

Группа ученых с помощью электронной микроскопии со сверхразрешением в сочетании с глубоким машинным обучением расшифровала мельчайшие изменения на границе раздела материалов, соединенных между собой в литий-ионных батареях.

Особенно нас интересует никель, поскольку он может помочь отказаться от кобальта в качестве катодного материала, — заявил соавтор Хуолин Синь, профессор физики и астрономии университета.

Кобальт токсичен, поэтому его опасно добывать и обрабатывать.

Но для того, чтобы изменения можно было реализовать в полной мере, разработчикам батарей необходимо знать, что происходит внутри элементов при их многократной разрядке и перезарядке. Было установлено, что высокая плотность энергии никель-слоистых литий-ионных батарей приводит к быстрому химическому и механическому разрушению материалов, входящих в состав батарей.

Команда использовала трансмиссионный электронный микроскоп и атомное моделирование, чтобы узнать, как оксидативные фазовые переходы влияют на компоненты батарей, вызывая дефекты на довольно однородной в остальном поверхности.

Этот проект, в котором использовались самые мощные в мире технологии микроскопии и передовые методы анализа данных, открывает путь к оптимизации литий-ионных батарей с высоким содержанием никеля, — заключил Синь.

Знание того, как эти батареи работают на атомном уровне, поможет инженерам разработать литий-ионные батареи со куда более высокой мощностью и увеличенным сроком службы.