Быстро или хорошо?

Кому нужны наспех заряженные аккумуляторы? Учёные из Аргоннской национальной лаборатории (ANL) при Министерстве энергетики США показали, что это не шутка.

В ионолитиевых элементах катоды изготавливаются в основном из графита, нанесённого в виде порошка на металлический токосборник. Ионы лития проникают внутрь графитовых частичек в процессе интеркаляции. От течения этого процесса зависят эксплуатационные характеристики аккумулятора.

При чрезмерно быстрой зарядке интеркаляция нарушается. Вместо проникновения внутрь кристаллической решётки графита ионы лития собираются на его поверхности, вызывая эффект осаждения металла. «Осаждение лития на поверхности электрода является одной из основных причин, ухудшающих характеристики аккумуляторов, - рассказывает сотрудник лаборатории Дэниел Абрахам. - Когда мы ускоренно заряжали батареи, мы также обнаружили, что в порах электрода накапливаются продукты химических реакций. В результате анод несколько расширился, причём необратимым образом, от чего ёмкость упала».

Используя технологию нанодифракции при электронном сканировании, Абрахам с коллегами из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейне обнаружили ещё одно существенное изменение в частичках графита. Его кристаллическая решётка искажалась по краям, затрудняя процесс интеркаляции ионов. «Мы видим, что атомарная структура деформирована, и это мешает ионам лития найти себе "дом" внутри графита, - объяснил Абрахам. - Чем быстрее мы заряжали батарею, тем больше нарушалась атомарная структура анода».