Een team van UNIST in Zuid-Korea, onder leiding van professor Hyeon Jeong Lee, heeft de oorzaak achterhaald van interne scheuren in enkelkristal lithiumnikkelmangaanoxide (LNMO) kathodes, een cruciaal onderdeel in hoogwaardige batterijen. Hun onderzoek, gepubliceerd op 11 april 2025 in Angewandte Chemie International Edition, biedt een oplossing om de duurzaamheid van batterijen te verbeteren.
Enkelkristalkathodes, hoewel ze geen korrelgrenzen hebben die intergranulaire scheuren veroorzaken, zijn nog steeds vatbaar voor interne scheuren tijdens snel laden en ontladen. Het team ontdekte dat ongelijkmatige lithiumionendiffusie lokale spanning creëert, wat leidt tot scheuren wanneer de sterkte van het kristal wordt overschreden.
De onderzoekers introduceerden magnesium in het kristalrooster om te fungeren als structurele ondersteuning, die de samentrekking van ionendiffusiepaden remt en de lithiumionenmobiliteit verhoogt, waardoor interne spanningen worden verminderd. Experimentele resultaten bevestigden dat met magnesium gedoteerde enkelkristalkathodes aanzienlijke stabiliteit vertoonden en verminderde scheurvorming onder snelle cycli.
"Deze studie biedt een duidelijk inzicht in de mechanismen van mechanische degradatie in enkelkristalkathodes", aldus professor Lee. De integratie van experimentele en computationele benaderingen heeft een effectieve ontwerpstrategie vastgesteld om hun structurele integriteit te verbeteren, cruciaal voor de commercialisering van de volgende generatie hoogwaardige batterijen.