Новий алгоритм зарядки може подвоїти термін служби літій-іонних акумуляторів

Незважаючи на те, що літій-іонні батареї є однією з найбільш практичних і ефективних технологій зберігання електроенергії, вони почали показувати межі своїх можливостей. Вчені постійно шукають альтернативні матеріали та рішення для зберігання енергії, і тепер дослідники кажуть, що вони можуть змусити літій-іонні батареї працювати краще та протягом тривалого часу.

Команда європейських дослідників із Центру імені Гельмгольца в Берліні та Університету Гумбольдта в Берліні розробила альтернативне рішення для заряджання, що дає змогу продовжити термін служби літій-іонних батарей. Дослідження показує, що батареї стають більш стійкими і зберігають вищу енергетичну ємність після сотень циклів розрядки-перезарядки завдяки зміні способу подачі струму зарядним пристроєм.

Літій-іонні акумулятори є компактними і надійними пристроями, застосовуваними практично повсюдно, починаючи з мініатюрних переносних пристроїв і закінчуючи електромобілями. Але потужність акумуляторів поступово знижується в міру експлуатації. У найкращих літій-іонних батареях комерційного класу використовують електроди, виготовлені зі сполуки, відомої як NMC532, і графіту, і вони забезпечують термін служби до 8 років.

Звичайна зарядка використовує постійний струм. Під час дослідження було проаналізовано, що сталося зі зразками акумуляторів під час використання такої зарядки, і було виявлено, що межа розділу твердого електроліту (SEI) анода була значно товщою. Крім того, вони виявили безліч тріщин у конструкціях NMC532 і графітових електродів.

Більш товстий SEI і більша кількість тріщин на електродах означають значну втрату ємності літій-іонних акумуляторів. Дослідники розробили протокол зарядки на основі імпульсного струму (PC). Після заряджання акумуляторів за допомогою нового протоколу дослідники виявили, що інтерфейс SEI став набагато тоншим, а матеріали електродів зазнали менше структурних змін.

Для проведення експериментів з перезарядки імпульсним струмом команда використовувала дві провідні в Європі синхротронні установки для прискорення частинок “BESSY II” і “PETRA III”. Вони виявили, що зарядка PC сприяє однорідному розподілу іонів літію в графіті, що знижує механічну напругу і розтріскування частинок графіту. Протокол також може пригнічувати структурну деградацію катода NMC532. Дослідження показує, що такий тип зарядки може подвоїти термін служби комерційних літій-іонних акумуляторів при збереженні ємності на 80 відсотків.

“Імпульсна зарядка може принести багато переваг з погляду стабільності матеріалів електродів і інтерфейсів, а також значно продовжити термін служби батарей”, – сказав професор Берлінського технічного університету доктор Джулія Коваль.