Zespół z UNIST w Korei Południowej, kierowany przez profesora Hyeon Jeong Lee, ustalił przyczynę wewnętrznego pękania monokrystalicznych katod z tlenku litu, niklu i manganu (LNMO), które są kluczowym elementem w wysokowydajnych bateriach. Ich badania, opublikowane 11 kwietnia 2025 roku w Angewandte Chemie International Edition, oferują rozwiązanie zwiększające trwałość baterii.
Katody monokrystaliczne, choć pozbawione granic ziaren, które powodują pękanie międzyziarnowe, są nadal podatne na wewnętrzne pęknięcia podczas szybkiego ładowania i rozładowywania. Zespół odkrył, że nierównomierna dyfuzja jonów litu powoduje lokalne naprężenia, prowadząc do pęknięć, gdy wytrzymałość kryształu zostanie przekroczona.
Naukowcy wprowadzili magnez do sieci krystalicznej, aby działał jako wsparcie strukturalne, które hamuje kurczenie się ścieżek dyfuzji jonów i zwiększa mobilność jonów litu, zmniejszając naprężenia wewnętrzne. Wyniki eksperymentalne potwierdziły, że katody monokrystaliczne domieszkowane magnezem wykazywały znaczną stabilność i zmniejszone tworzenie się pęknięć podczas szybkiego cyklowania.
„To badanie zapewnia jasne zrozumienie mechanizmów degradacji mechanicznej w katodach monokrystalicznych” – powiedział profesor Lee. Integracja podejść eksperymentalnych i obliczeniowych ustanowiła skuteczną strategię projektowania w celu zwiększenia ich integralności strukturalnej, co jest kluczowe dla komercjalizacji wysokowydajnych baterii nowej generacji.