В Сколтехе улучшили катодный материал, чтобы повысить пробег электрокаров на одной зарядке
Исследователи из Сколтеха разработали инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта. За счет своей повышенной удельной энергоемкости материал сделает катоды и сами батареи компактнее, а значит, электромобиль с батареей того же размера сможет проехать на одной зарядке большее расстояние.
Представленный в журнале Energy Advances и зарегистрированный Роспатентом материал представляет собой модификацию ныне используемого обогащенного никелем слоистого оксида переходных металлов, но с более выигрышной с точки зрения запасания энергии микроструктурой кристаллов.
«Несовершенство катодных материалов ограничивает развитие электротранспорта на литий-ионных аккумуляторах, — рассказывает руководитель исследования, профессор Центра энергетических технологий Сколтеха Артем Абакумов. — Катоды батарей электромобилей обычно изготавливают из слоистых оксидов переходных металлов, в том числе обогащенных никелем.
Мы усовершенствовали два материала этого класса, добившись повышения на 10–25 процентов удельной энергоемкости. То есть катод будет меньше, вся батарея — компактнее. Значит, заняв тот же объем, аккумулятор сможет запасти больше энергии, и пробег на одной зарядке увеличится. В качестве приятного дополнения материал медленнее деградирует, что повышает срок службы катода».
Первоначально в катодах из слоистых оксидов использовался материал с формулой LiCoO2. В современных материалах значительную часть атомов кобальта замещают никель и марганец. Названия таких материалов — скажем, NMC811 — отражают соотношение элементов: например, восемь атомов никеля на один атом марганца и один атом кобальта. Исследователям из Сколтеха удалось улучшить популярные материалы NMC811 и NMC622 за счет изменения их микроструктуры; при этом химический состав остается прежним.
Традиционные NMC представляют собой порошкообразные поликристаллические материалы: в них каждая частица состоит из случайным образом ориентированных зёрен. Кристаллическая структура самих зерен близка к идеальной, но на стыках между ними образуются полости. Таких полостей нет в монокристаллических NMC, у которых одна частица порошка соответствует одному «зерну» и имеет, как правило, форму октаэдра.
«Наш материал — это монокристаллический NMC со сферическими частицами, то есть он занимает меньший объем сразу по двум причинам. Во-первых, частицы не имеют внутренней поликристаллической структуры — там нет границ зерен и локализованных на них пустот. Во-вторых, монокристаллы сфероподобной формы упаковываются плотнее, чем октаэдры», — прокомментировала исследование его соавтор, научный сотрудник Сколтеха Александра Савина.
Помимо повышения плотности, сферическая форма кристаллов уменьшает площадь соприкосновения катода с электролитом, что замедляет нежелательные процессы, которые со временем ведут к формированию трещин в материале катода и его постепенному разрушению. Таким образом, продлевается срок службы катода и самой батареи. Изменить морфологию слоистого оксида ученым из Сколтеха удалось за счет корректировки процедуры синтеза материала.
Обычно начинают с осаждения прекурсора — вещества, в котором равномерно распределены никель, марганец и кобальт. Далее добавляется гидроксид или иной источник лития и производится высокотемпературный отжиг.
«Мы же после добавления литий-содержащего вещества также вносим инертную соль с низкой температурой плавления, потом расплавляем эту смесь и производим высокотемпературный отжиг. Затем следует промывка от соли и повторный отжиг, чтобы избавиться от продуктов нежелательных реакций с водой. Главное здесь то, что в зависимости от количества и химического состава инертной соли в конечном итоге меняется геометрия частиц оксида. В традиционном синтезе возможности повлиять на морфологию продукта почти нет», — пояснила соавтор работы, магистрант Сколтеха Алина Павлова.
Коллективу удалось подобрать такой состав и количество соли, которые способствуют формированию сферических частиц NMC. Испытания подтвердили, что энергоёмкость материала на грамм такая же, как у коммерческих аналогов. Однако за счёт повышения плотности в том же объеме получается запасти больше энергии.
В будущем исследователи планируют экспериментировать с размером частиц в надежде добиться еще более плотной упаковки за счет сочетания сфер разного диаметра. Параллельно с этим коллектив будет рассматривать слоистые оксиды переходных металлов с еще более высоким содержанием никеля, что тоже должно повысить энергоемкость. Исследование профинансировано Российским научным фондом.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Нуклеосомы — основные «катушки» упаковки ДНК — почти всегда находятся в искаженном состоянии, а не в аккуратной и стабильной форме, как считалось десятилетиями. Именно через такие микроскопические изменения, как выяснили ученые, клетка регулирует работу генов — а значит, управляет развитием, реакцией на внешние раздражители и даже возникновением болезней.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно