Учёные из США разрабатывают более безопасные и мощные аккумуляторы на основе никеля для электромобилей
13.03.2025
Растущий спрос на электромобили (EV) в автомобильной промышленности привлек внимание к важности материалов для аккумуляторных технологий. Из-за своей распространённости и преимуществ перед кобальтом никель, распространённый заменитель, привлекает всё больше внимания. Благодаря повышенной плотности энергии никеля транспортные средства могут проехать большее расстояние на одном заряде, что выгодно как производителям, так и потребителям. Однако невозможно игнорировать трудности, связанные с батареями на основе никеля.
Из-за своей нестабильности никель вызывает вопросы о безопасности, термической стабильности и сроке службы. Чтобы решить эти проблемы, исследователи из Техасского университета в Остине начали тщательное изучение катодов на основе никеля, необходимых для работы аккумуляторов. Арумугам Мантирам, профессор кафедры машиностроения Уокера и Техасского института материалов, является одним из ведущих исследователей, участвовавших в этом исследовании, результаты которого были недавно опубликованы в Nature Energy. «Высоконикелевые катоды могут произвести революцию на рынке электромобилей, обеспечив более длительный запас хода, — сказал Мантирам. — Наше исследование представляет собой тщательный анализ их термической стабильности, который необходим для разработки более безопасных аккумуляторов».
Исследовательская группа провела обширную оценку, выполнив более 500 измерений для 15 катодных материалов с высоким содержанием никеля. Ключевым открытием их исследования стало определение критического уровня заряда для каждого материала катода, который обеспечивает безопасный рабочий предел. Этот порог зависит от нескольких переменных, таких как реакционная способность поверхности и прочность связей между металлом и кислородом. Материалы аккумуляторов проявляют нестабильность по мере приближения к этому критическому уровню заряда. Если не контролировать эти нестабильные процессы, они могут привести к тепловому пробою — опасной ситуации, при которой аккумулятор нагревается ещё сильнее, так как повышение температуры приводит к высвобождению энергии. Из-за этого явления производители и потребители всё больше беспокоятся о безопасности, что значительно повышает риск выхода из строя и возгорания аккумуляторов.
Исследователи создали рейтинг термостойкости, чтобы уменьшить эти опасности. Этот показатель измеряет поведение нескольких материалов в ситуациях, близких к тепловому взрыву. Состав, размер кристаллов, концентрация никеля и химический состав поверхности катодов — важные переменные, влияющие на их термическую стабильность. Это открытие имеет далеко идущие последствия для технологии электромобилей. Эффективность и безопасность аккумуляторов имеют решающее значение, поскольку во всём мире продолжается движение в сторону более экологичных источников энергии. Исследование предлагает важную концепцию, которая может помочь производителям усовершенствовать конструкцию аккумуляторов, сохранив при этом преимущества высокой плотности энергии, связанные с использованием никеля.
Цзэхао Цуй, научный сотрудник, работающий над проектом, сказал: «Наша работа даёт отрасли ориентиры для дальнейшего развития, гарантируя, что высокая плотность энергии этих катодов не будет достигнута за счёт безопасности».
В будущем учёные намерены углубить изучение связей между этими катодами на основе никеля и электролитами — ещё одной важной частью технологии аккумуляторов. Электролиты, которые часто имеют жидкую основу, облегчают перемещение ионов, несущих электрический заряд, внутри аккумулятора. Для повышения производительности и безопасности аккумуляторов требуются надёжные и безопасные взаимодействия между электролитом и катодом. Достижения в области аккумуляторных технологий, подобные тем, которые лежат в основе этого исследования, будут иметь важное значение для дальнейшей электрификации автомобильной промышленности, а также для жизнеспособности и безопасности электромобилей для потребителей по всему миру.
Из-за своей нестабильности никель вызывает вопросы о безопасности, термической стабильности и сроке службы. Чтобы решить эти проблемы, исследователи из Техасского университета в Остине начали тщательное изучение катодов на основе никеля, необходимых для работы аккумуляторов. Арумугам Мантирам, профессор кафедры машиностроения Уокера и Техасского института материалов, является одним из ведущих исследователей, участвовавших в этом исследовании, результаты которого были недавно опубликованы в Nature Energy. «Высоконикелевые катоды могут произвести революцию на рынке электромобилей, обеспечив более длительный запас хода, — сказал Мантирам. — Наше исследование представляет собой тщательный анализ их термической стабильности, который необходим для разработки более безопасных аккумуляторов».
Исследовательская группа провела обширную оценку, выполнив более 500 измерений для 15 катодных материалов с высоким содержанием никеля. Ключевым открытием их исследования стало определение критического уровня заряда для каждого материала катода, который обеспечивает безопасный рабочий предел. Этот порог зависит от нескольких переменных, таких как реакционная способность поверхности и прочность связей между металлом и кислородом. Материалы аккумуляторов проявляют нестабильность по мере приближения к этому критическому уровню заряда. Если не контролировать эти нестабильные процессы, они могут привести к тепловому пробою — опасной ситуации, при которой аккумулятор нагревается ещё сильнее, так как повышение температуры приводит к высвобождению энергии. Из-за этого явления производители и потребители всё больше беспокоятся о безопасности, что значительно повышает риск выхода из строя и возгорания аккумуляторов.
Исследователи создали рейтинг термостойкости, чтобы уменьшить эти опасности. Этот показатель измеряет поведение нескольких материалов в ситуациях, близких к тепловому взрыву. Состав, размер кристаллов, концентрация никеля и химический состав поверхности катодов — важные переменные, влияющие на их термическую стабильность. Это открытие имеет далеко идущие последствия для технологии электромобилей. Эффективность и безопасность аккумуляторов имеют решающее значение, поскольку во всём мире продолжается движение в сторону более экологичных источников энергии. Исследование предлагает важную концепцию, которая может помочь производителям усовершенствовать конструкцию аккумуляторов, сохранив при этом преимущества высокой плотности энергии, связанные с использованием никеля.
Цзэхао Цуй, научный сотрудник, работающий над проектом, сказал: «Наша работа даёт отрасли ориентиры для дальнейшего развития, гарантируя, что высокая плотность энергии этих катодов не будет достигнута за счёт безопасности».
В будущем учёные намерены углубить изучение связей между этими катодами на основе никеля и электролитами — ещё одной важной частью технологии аккумуляторов. Электролиты, которые часто имеют жидкую основу, облегчают перемещение ионов, несущих электрический заряд, внутри аккумулятора. Для повышения производительности и безопасности аккумуляторов требуются надёжные и безопасные взаимодействия между электролитом и катодом. Достижения в области аккумуляторных технологий, подобные тем, которые лежат в основе этого исследования, будут иметь важное значение для дальнейшей электрификации автомобильной промышленности, а также для жизнеспособности и безопасности электромобилей для потребителей по всему миру.