Основная проблема кремниевых анодов — значительное (до трёх раз) увеличение объёма при литировании, что приводит к повреждениям. Простые кремниевые аноды деградируют очень быстро (уже после 10 циклов), а к скромным 200 циклам от ёмкости в мА·ч остаётся ~70%.
📃 Что это означало бы на практике? Например, вы купили телефон с 6000 мА·ч батареей, а через ~2 года там останется 4200 мА·ч. По отраслевым стандартам это конец электрохимической системы (хотя на практике люди продолжают пользоваться и так).
Откуда информация про циклы в кремниевых анодах?
Ранее мы написали всю правду про кремниевые аноды, которые сейчас производители стали внедрять в свои новейшие смартфоны.
💬 И нам задали вопрос:
«Вы в своей статье откуда взяли, что у SiC лишь 300-500 циклов с падением емкости до 60%?»
В нашей статье мы разместили ссылки на различные исследования. Среди них, например, есть свежая работа китайских учёных «Silicon-Based Anodes for Lithium-Ion Batteries: From Fundamentals to Practical Applications» 2018 года с редакциями и дополнениями до 2024 года.
🔗 Перейти к исследованию https://doi.org/10.1002/smll.201702737 — можно скачать через известный телеграм бот по научным статьям.
В материалах исследования указано, что литий-ионная батарея (LIB) с кремниевым анодом (Si LIB) продемонстрировала удержание ёмкости на уровне 72% после 200 циклов.
Учёные ищут способы улучшения кремниевых электродов, так как при моделировании с улучшенной архитектурой в теории они могут достичь 2250 циклов. Но на практике пока не достигли этого, так как нужно искать идеальное смешение материалов. А это дорогие и долгие работы исследователей.
Имеющиеся научные работы показывают, что улучшенные композитные материалы и архитектуры могут значительно продлить срок службы таких батарей. Например, анод на основе кремния и серы (Si–S) продемонстрировал удержание 86% ёмкости после 500 циклов. То есть соответствует деградации всего 0.028% за цикл.
📃 Что это означает на практике? При покупке телефона с 6000 мА·ч батареей, через ~2 года там останется ~5500 мА·ч, что очень хорошо по всем отраслевым стандартам. Полный же износ наступит не ранее, чем через 4-5 лет.
👉 На практике срок службы любого аккумулятора в смартфоне зависит от температурного режима и тока нагрузки, способов зарядки.
Сколько прослужит кремниевый аккумулятор в моём новом смартфоне?
Сейчас срок службы кремниевых анодов больше всего зависит от их конструкции и проприетарных технологий производителей. К сожалению изготовители и бренды не раскрывают технические подробности, считая их коммерческой тайной.
☝ Базовые версии Si-анодов деградируют очень быстро. Но производители не используют их — они создают усовершенствованные смеси.
Чаще всего инженеры для топовых смартфонов применяют в батареях спечённые нанопорошки и композиты Si/C (комбинации кремния с углеродом, никелем или карбидом кремния). Такие структуры могут выдерживать сотни циклов — 200, 300 и даже 500 циклов.
👉 Например, композиты Si/C/Ni демонстрируют удельную энергоёмкость до 2000 мА·ч/г и стабильность до 500 циклов.
Подытожим
◼ Вопрос: Сколько служат реально кремниевые аккумуляторы?
От 200 до 500 циклов в зависимости от композитов и технологий. В годах это ориентировочно от двух до шести лет (чем больше греть и нагружать во время зарядки, тем меньше служит). Во флагманских передовых моделях вероятнее всего применяются лучшие смеси. Это дорого, но зато служит дольше и даёт больше ёмкости в тех же размерах.
◼ Вопрос: Откуда эта информация, можно ли ей доверять?
Можно. Это исследования тех китайских учёных и разработчиков, у кого фактически производители смартфонов заказывают изготовление таких аккумуляторов в наши дни. Одна из полнейших работ в этой области представлена в журнале в статье «Аноды на основе кремния для литий-ионных аккумуляторов: От фундаментальных основ до практического применения». Ссылка.
◼ Вопрос: Я удивлён вашими познаниями в этой области, почему я могу доверять вам?
Мы занимаемся производством аккумуляторов в России и располагаем собственными исследовательскими ресурсами в рамках своего НИОКР. За 17 лет работы мы ежедневно отслеживаем развитие отрасли и внедряем лучшие разработки в своих аккумуляторах, которых уже насчитывается более 13 тысяч позиций в номенклатуре. Присоединяйтесь к нашим сообществам.
