Новий алгоритм зарядки може подвоїти термін служби літій-іонних батарей

Погляд у майбутнє: незважаючи на те, що літій-іонні батареї є однією з найбільш практичних і ефективних технологій для зберігання та доставки електроенергії, літій-іонні батареї почали демонструвати свої межі. Вчені шукають альтернативні матеріали та рішення для накопичення енергії, але тепер дослідники кажуть, що вони можуть зробити літій-іонні батареї кращими та тривалими періодами.

Команда європейських дослідників з Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) і Університету Гумбольдта в Берліні розробила альтернативне рішення для заряджання, щоб літій-іонні батареї служили набагато довше, ніж зараз. Дослідження показує, що батареї стають більш стійкими та зберігають вищу енергетичну ємність після сотень циклів розряду-перезаряду, змінюючи спосіб подачі струму зарядним пристроєм до електролітних матеріалів.

Літій-іонні батареї — це компактні надійні накопичувачі енергії, які стали поширеними всюди. Електромобілі та електронні пристрої покладаються на них, але їх потужність поступово знижується, коли електроліти проходять через мембрану, яка розділяє анод і катод. Найкращі доступні літій-іонні батареї комерційного класу використовують електроди, виготовлені зі сполуки, відомої як NMC532, і графіту, і вони забезпечують термін служби до 8 років.

Звичайне заряджання використовує постійний струм (CC) зовнішньої електричної енергії. Дослідження проаналізувало, що сталося зі зразками акумуляторів під час заряджання CC, і виявило, що інтерфейс твердого електроліту (SEI) анода був «значно товщим». Крім того, вони виявили більше тріщин у структурах NMC532 і графітових електродів.

Більш товстий SEI та більше тріщин на електродах означають значну втрату ємності для літій-іонних батарей. Отже, дослідники розробили протокол зарядки на основі імпульсного струму (PC). Після зарядки акумуляторів за допомогою нового протоколу ПК команда виявила, що інтерфейс SEI став набагато тоншим, а матеріали електродів зазнали менше структурних змін.

Команда використовувала два провідні європейські синхротронні установки для прискорення частинок, «BESSY II» і «PETRA III», щоб провести експерименти із зарядки імпульсним струмом. Вони виявили, що зарядка ПК сприяє «гомогенному розподілу» іонів літію в графіті, що зменшує механічні навантаження та розтріскування частинок графіту. Протокол також може пригнічувати структурну деградацію в катоді NMC532.

Дослідження показує, що високочастотне пульсування з прямокутним струмом дало найкращі результати. Випробування показують, що зарядка від ПК може подвоїти термін служби комерційних літій-іонних акумуляторів зі збереженням ємності на 80 відсотків.

«Імпульсне заряджання може принести багато переваг з точки зору стабільності матеріалів електродів і інтерфейсів і значно подовжити термін служби акумуляторів», — сказала професор Берлінського ТУ д-р Джулія Коваль, співавтор дослідження.