Стратегия делокализации напряжений с использованием нанопокрытия из поликристаллических слоистых оксидных материалов, богатых никелем. Фото: Nature Nanotechnology (2026). Идентификационный номер: 10.1038/s41565-026-02224-y
Исследователи из Гонконгского политехнического университета, Гонконгского университета науки и технологий и других научных организаций нашли необычный способ защитить катоды литиевых аккумуляторов от разрушения. Они предложили сверхтонкое полимерное покрытие, которое работает как хрящ в суставе: не пытается сделать материал максимально твердым, а принимает на себя часть механических нагрузок и распределяет их. Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.
Именно внутренние напряжения становятся одной из проблем современных аккумуляторов. Во время зарядки и разрядки ионы лития перемещаются между электродами, из-за чего активные материалы катода меняют объем. Особенно заметно это в богатых никелем слоистых оксидах, используемых для создания высокоемких аккумуляторов. На границах между кристаллическими зернами постепенно накапливается напряжение, появляются микротрещины, а затем материал начинает необратимо разрушаться. В результате батарея теряет емкость, хуже переносит многочисленные циклы и быстрее выходит из строя.
Ученый вспомнил о больном колене — и это оказалось полезно для батарей
Идея покрытия появилась у руководителя исследования Цяна Лю после неожиданной бытовой ассоциации. Во время пандемии ученый увлекся пешими прогулками, столкнулся с болью в колене и обратил внимание на то, как хрящ распределяет нагрузку в суставе. Эта механика подсказала исследователям другой взгляд на батарейный катод.
Вместо того чтобы просто «закалять» хрупкий материал, ученые решили сделать отдельные участки мягче. Полимерный слой наносится на границы зерен катодного материала и способен деформироваться под нагрузкой, а затем возвращаться к исходной форме. Получается своеобразный микроскопический амортизатор.
Этапы развития хрящевой ткани в суставе мышиЭксперименты показали, что такое распределение напряжения снижает вероятность возникновения и роста трещин. Покрытие испытали на нескольких типах катодных материалов, включая никельсодержащие слоистые оксиды с разным содержанием никеля и литий-железо-фосфата (LiFePO4).
Особенно показателен эксперимент с материалом, содержащим 90% никеля. В литий-металлических лабораторных элементах при 25 C покрытый катод выдержал 1000 циклов при токе 400 мА·ч/г и 500 циклов при более высокой нагрузке — 1 А·ч/г. Исследователи также сообщили об улучшении стабильности циклов и способности работать при высоких скоростях зарядки и разрядки.
От аккумулятора смартфона — к батарее электромобиля
Авторы считают, что технология в перспективе может помочь создавать более долговечные аккумуляторы с высокой энергоемкостью. Следующий этап — испытать другие полимеры и многослойные покрытия, способные выдерживать большие деформации, высокое напряжение и нагрев.
Отдельное направление — твердотельные аккумуляторы. Исследователи хотят использовать эластичные полимерные прослойки между катодом и твердым электролитом, а также между анодом и электролитом. Задача та же: улучшить контакт поверхностей и не дать механическим напряжениям превратить внутренности батареи в поле микротрещин.
Пока речь идет о лабораторной технологии. Ученым еще предстоит научиться наносить покрытие равномерно на сотни килограммов активного материала и встроить процесс в существующие производственные линии. Они также планируют оценить себестоимость, экологические последствия и безопасность масштабного производства.
Влияние нанопокрытия SMP на циклическую стабильность литий-металлических элементов, содержащих слоистые активные материалы для положительных электродов с различным содержанием никеля. Фото: Nature Nanotechnology (2026). Идентификационный номер: 10.1038/s41Что почитать про аккумуляторы на Hi-Tech Mail
Проблема механической хрупкости аккумуляторных материалов уже не раз становилась объектом исследований. Например, в этой статье рассказывается о другом подходе к защите батарей от трещин: ультратонком серебряном покрытии твердого электролита. В другом свежем материале мы объясняем простыми словами, почему полная зарядка может ускорять старение аккумулятора.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
