Група дослідників з Аргоннської національної лабораторії та Чиказького університету з'ясувала, чому перспективні монокристалічні катоди, покликані вирішити проблему довговічності батарей, продовжують деградувати і навіть можуть стати причиною пожежі. Використовуючи синхротронне рентгенівське випромінювання, фізики виявили, що проблема криється в «реакційній неоднорідності»: хімічні реакції всередині одного цільного кристала протікають з різною швидкістю, створюючи колосальну внутрішню напругу, яка розриває його зсередини.
Раніше в індустрії існувала догма, що монокристали (SC-NMC) є вирішенням проблеми деградації, на відміну від полікристалічних катодів. Останні складаються з безлічі склеєних зерен, які під час циклів заряджання-розряджання розширюються і стискаються, що з часом призводить до тріщин. Логіка підказувала, що якщо немає меж між зернами, то і тріскатися нічому. Однак практика показала, що навіть ці «ідеальні» структури з часом руйнуються, втрачаючи ємність. Нове дослідження вперше показало, що відбувається всередині самого монокристала на атомному рівні.
Цікаво, що відкриття також перевернуло уявлення про роль металів у батареях. У гонитві за здешевленням виробники намагаються замінити дорогий кобальт на дешевий марганець. Але дослідження показало: саме марганець посилює цю руйнівну внутрішню напругу в монокристалах, тоді як «дорогий і ненависний» кобальт, навпаки, гасить її і продовжує життя батареї.
Тепер перед інженерами стоїть непросте завдання: або повертатися до дорогого кобальту, що підніме ціни на електрокари, або шукати нові легувальні добавки, які зможуть його замінити, рятуючи кристали від саморуйнування.
