Однако никель менее стабилен, чем другие материалы, с точки зрения срока службы, термостойкости и безопасности. Исследователи из Техасского университета в Остине и Аргоннской национальной лаборатории намерены изменить это с помощью нового исследования, в котором глубоко изучаются катоды на основе никеля, один из двух электродов, которые способствуют накоплению энергии в батареях.

"Катоды с высоким содержанием никеля потенциально могут революционизировать рынок электромобилей, обеспечивая больший радиус действия", - сказал Арумугам Мантирам, профессор кафедры машиностроения Уокера и Техасского института материалов и один из руководителей исследования, опубликованного в Nature Energy. "Наше исследование обеспечивает всесторонний анализ их термической стабильности, что имеет решающее значение для разработки более безопасных аккумуляторов". ​

Исследовательская группа провела более 500 измерений на 15 катодных материалах с высоким содержанием никеля. Они обнаружили, что каждый катод имеет критическое состояние заряда, которое определяет его безопасный рабочий предел. Прочность связей металл-кислород и реакционная способность поверхности влияют на это важнейшее состояние. ​

Как только материал превышает этот предел, возникает нестабильность. Это может спровоцировать катастрофическое состояние теплового разгона, когда повышенная температура высвобождает энергию, которая еще больше нагревает батарею, существенно увеличивая риск выхода из строя и/или возгорания.

В рамках этого проекта исследователи разработали индекс термостойкости, количественно определяющий, как материал реагирует во время термического разгона. ​Факторы, влияющие на термическую стабильность катода, включают состав катода, химический состав поверхности, содержание никеля и размер кристаллов.

Это исследование имеет далеко идущие последствия, предлагая путь к созданию более безопасных и эффективных аккумуляторов, которые могут удовлетворить растущий спрос на электромобили. ​По мере того как мир движется к более чистым энергетическим решениям, эти достижения имеют решающее значение для того, чтобы сделать электромобили более жизнеспособными и привлекательными для потребителей. ​

"Наша работа представляет собой дорожную карту, которой должна следовать промышленность, гарантируя, что высокая плотность энергии этих катодов не будет достигнута за счет безопасности", - сказал Цзехао Цуй, научный сотрудник группы Manthiram.

Исследователи продолжат свою работу над термостойкостью и катодами. Далее они введут в уравнение электролиты.

Электролиты - это химические компоненты, часто на жидкой основе, которые перемещают ионы, несущие заряд, взад и вперед. Они обеспечивают функциональность зарядки и разрядки аккумулятора, а обеспечение надежного взаимодействия между электролитами и катодами имеет решающее значение для повышения безопасности аккумулятора.