Zinātnieki atklāj iepriekš neredzētu iemeslu elektroauto akumulatoru aizdegšanās

Bateriju problēmas: no jaudas zuduma līdz aizdegšanās riskiem

Ilggadējās cerības uz sasniegumiem elektroauto bateriju jomā bieži vien izrādījušās neattaisnotas – akumulatori zaudējuši ietilpību, straujāk degradējušies un dažkārt pat kļuvuši par aizdegšanās avotiem. Tagad zinātnieki atklājuši cēloni, kas līdz šim bijis slēpts no acīm.

Čikāgas Universitātes un Argonne Nacionālās laboratorijas pētnieki ir noskaidrojuši, ka modernās litija-jonu baterijas ar tā dēvēto vienkristālisko struktūru sabrūk citādi, nekā tika uzskatīts iepriekš. Pētījums publicēts prestižajā žurnālā Nature Nanotechnology.

Kāpēc jaunas baterijas sagādā vilšanos?

Ilgus gadus inženieri cīnījās ar plaisām daudzkristālisko materiālu bateriju katodos. Šādi materiāli ar laiku "izirst" uz šuvju vietām uzlādes un izlādes ciklu laikā. Lai to novērstu, industrija sāka pāriet uz vienkristāliskiem katodiem, kam nav iekšējo graudu robežu. Tomēr gaidītais uzticamības pieaugums netika sasniegts.

Jaunais pētījums atklāj, kāpēc tā noticis. Vienkristāliskos materiālos ķīmiskās reakcijas daļiņas iekšienē norit nevienmērīgi. Dažas zonas reaģē straujāk, citas lēnāk. Tas rada iekšējus spriegumus, kuru dēļ kristāls plīst no iekšpuses, pat bez "vājajām vietām", kas raksturīgas vecajām baterijām.

Pārsteidzoši atklājumi par materiālu lomu

„Ja cilvēki neuzticēsies bateriju drošībai un ilgmūžībai, viņi vienkārši neizvēlēsies elektroauto,” skaidro viens no darba autoriem, ķīmiķis Halils Amins.

Visneiedomājamākais ir tas, ka mainījusies ir materiālu loma. Tradicionālajās baterijās kobalts tika uzskatīts par problemātisku elementu, bet mangāns – par noderīgu. Vienkristāliskos katodos situācija izrādījusies pretēja: mangāns pastiprināja mehāniskos bojājumus, bet kobalts, pretēji savai sliktajai reputācijai, padarīja baterijas stabilākas un pagarināja to kalpošanas laiku.

Jaunas pieejas akumulatoru attīstībā

Profesore Širlija Menga norāda, ka tas nozīmē – vecās bateriju projektēšanas likumsakarības vairs nedarbojas. Jaunākajām akumulatoru paaudzēm nepieciešamas citas materiālu kombinācijas un principiāli jaunas inženiertehniskās pieejas.

Kobalta cena joprojām ir augsta un pieejamība ierobežota, tāpēc nākamais solis ir meklēt pieejamākus aizvietotājus ar līdzīgu efektu. Taču galvenais ir skaidrs: elektroauto bateriju vājais posms visu šo laiku nav atradies ārpusē, bet gan dziļi kristāla iekšienē. Un tagad industrija ir ieguvusi iespēju to labot.