Группа ученых из UNIST в Южной Корее под руководством профессора Хён Чжон Ли определила причину внутреннего растрескивания монокристаллических катодов из оксида лития, никеля и марганца (LNMO), критически важного компонента в высокопроизводительных аккумуляторах. Их исследование, опубликованное 11 апреля 2025 года в Angewandte Chemie International Edition, предлагает решение для повышения долговечности аккумуляторов.
Монокристаллические катоды, хотя и лишены границ зерен, вызывающих межзеренное растрескивание, все же подвержены внутренним трещинам во время быстрой зарядки и разрядки. Команда обнаружила, что неравномерная диффузия ионов лития создает локализованное напряжение, приводящее к трещинам, когда прочность кристалла превышена.
Исследователи ввели магний в кристаллическую решетку, чтобы он действовал как структурная поддержка, которая ингибирует сокращение путей диффузии ионов и повышает подвижность ионов лития, снижая внутренние напряжения. Экспериментальные результаты подтвердили, что монокристаллические катоды, легированные магнием, показали значительную стабильность и уменьшение образования трещин при быстром циклировании.
"Это исследование обеспечивает четкое понимание механизмов механической деградации в монокристаллических катодах", - сказала профессор Ли. Интеграция экспериментальных и вычислительных подходов позволила разработать эффективную стратегию проектирования для повышения их структурной целостности, что имеет решающее значение для коммерциализации высокопроизводительных аккумуляторов следующего поколения.