🔋 Neovolt.ru ➡ Блог ➡ Смарт-часы
Срок службы аккумулятора в носимой электронике составляет в среднем два года при обычной повседневной эксплуатации.
Почему так мало? Этим вопросом задались специалисты из Warwick Manufacturing Group (WMG) и факультета физики Уорикского Университета (University of Warwick) в Великобритании.
Им удалось успешно завершить большую исследовательскую работу с конкретными выводами. Спешим поделиться результатами с вами.
📃 Носимые гаджеты — это все окружающие нас смарт-часы, фитнес-браслеты, миниатюрные электронные устройства, в том числе медицинские приборы. Они автономны (не зависят от внешних источников питания, например, розетки) благодаря литий-ионным и литий-полимерным аккумуляторам.
Что за исследование?
Исследование WMG и факультета физики Университет Уорика — это оценка причин быстрой деградации коммерческих литий-ионных аккумуляторов с катодом типа LiCoO2 (оксид лития-кобальта, LCO) в электронике малого формата.
LCO — остаётся популярным исполнением катода для смарт-часов и других гаджетов из-за отличного сочетания высокого напряжения и плотности энергии.
Цель исследования — поиск решения конструктивных проблем обмотки элементов питания в миниатюрных устройствах (есть ли вообще смысл в изменении свойств покрытия).
📋 Официальная ссылка на оригинальную публикацию документа.
Что делали учёные?
Исследовательская работа состояла из нескольких задач. Все они в совокупности дают ключ к пониманию того, как повысить долговечность и срок службы этих батарей.
- Анализ старения из-за асимметрии напряжения на материалах, используемых внутри аккумулятора.
- Наблюдение за расслоением электродных покрытий с внутренней стороны.
- Изучение влияния дефектных покрытий на производительность цилиндрической ячейки («скрутки»).
- Образование бинарного химического соединения лития и фтора (LiF) и его влияние на перенос ионов Li+.
Исследователи разобрали коммерческие элементы и выполнили 500 циклов заряда-разряда на таких же аккумуляторах, после чего тоже их разобрали. Чтобы выявить структурные особенности и изменения батареи, затем они провели:
- электрохимические испытания,
- рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (XPS),
- рентгеновскую компьютерную томографию (XCT),
- сканирующую электронную микроскопию SEM).
Что обнаружили учёные?
Они обнаружили, что состояние катода и анода изменилось по-разному на внутренней и внешней сторонах токосъёмника.
Как изменилось состояние катода?
- На обращённом внутрь катоде (он находится под сжатием, когда свёрнут в рулон) появляются значительные признаки отслоения покрытия от алюминиевой фольги.
- На обращённой наружу стороне катода (под натяжением) наблюдается лишь частичное расслоение — покрытие было перенесено на сепаратор.
Как изменилось состояние анода?
- На обращённой внутрь стороне анода (при сжатии) почти не осталось покрытия на медной фольге.
- На обращённой наружу стороне анода (под натяжением) наблюдалось ещё более сильное расслоение.
Как эти результаты могут нам всем помочь?
Учёные выяснили, что аккумулятор после 500 непрерывных зарядок и разрядок сохраняет 82% ёмкости от изначальной.
Процент кажется достаточным, верно? Но на поверку за ним кроется серьёзное расслоение внутри элемента из-за возрастающего напряжения в местах изгиба. То есть мы наблюдаем старение и износ, которые только усиливаются с течением времени.
💡 Старение аккумулятора приводит к тому, что поверхностные слои продолжают расти, и больше LiF обнаруживается на катоде и аноде.
Теперь производителям аккумуляторов для носимой электроники и медицинских устройств предстоит большая работа над ошибками. Учёные рекомендовали обеспечить более качественный электрический контакт, чтобы места сгиба оказывали меньшее воздействие на электрохимические характеристики материалов батареи.
***
Цилиндрической формы обмотки пока не избежать. Чтобы усмирить источники деградации из-за асимметричных напряжений, инженерам на аккумуляторных заводах понадобится разработать добавки, улучшающие механическую устойчивость покрытий.
В ближайшее время мы вряд ли увидим носимые гаджеты (смарт-часы и фитнес-трекеры), аккумуляторы в которых служили бы намного дольше, чем 500 циклов заряд-разряд.
Если же вы столкнулись с износом батареи в вашем носимом устройстве, то проверьте наш каталог с подходящей заменой.
Напишите в комментарии, есть ли у вас старые смарт-часы или фитнес-браслет? Как хорошо они держат заряд?
