Почему батареи теряют мощность при зарядке ^{CEFR B2}

Исследователи из The University of Texas at Austin, Northeastern University, Stanford University и Argonne National Laboratory выявили ключевой механизм снижения производительности перезаряжаемых аккумуляторов. Они показали, что каждый цикл зарядки и разрядки вызывает расширение и сжатие электрода, что учёные сравнили с «дыханием». Повторяющееся движение приводит к небольшим пластическим и упругим изменениям формы частиц, создавая внутренние напряжения — процесс, определённый как хемомеханическое разрушение.

Особенно важно открытие явления, которое назвали каскадами деформаций: напряжение сначала накапливается в одной области электрода, а затем переходит на соседние участки. Сотни тысяч частиц внутри электрода не реагируют одинаково: часть частиц смещается быстро, другая остаётся относительно стабильной. Такое неравномерное поведение формирует локальные концентрированные напряжения, которые со временем могут приводить к трещинам и другим повреждениям.

Чтобы увидеть эти процессы в действии, команда использовала operando трансмиссионную рентгеновскую микроскопию (TXM) и трёхмерную рентгеновскую ламинографию. Подобное поведение впервые заметили в устройстве, применявшемся в другом проекте — коммерческих наушниках‑вкладышах. Исследование предлагает практические пути снижения повреждений: проектировать электроды, устойчивые к напряжениям, применять контролируемое давление и разрабатывать теоретические модели взаимодействия химии и механики в электродах. Работа финансировалась Vehicle Technologies Office Министерства энергетики США и включала вклад специалистов из UT, Northeastern, Sigray Inc., Stanford, SLAC National Accelerator Laboratory и Argonne National Laboratory.