Несмотря на то, что литий-ионные батареи являются одной из наиболее практичных и эффективных технологий хранения электроэнергии, они начали показывать пределы своих возможностей. Ученые постоянно ищут альтернативные материалы и решения для хранения энергии, и теперь исследователи говорят, что они могут заставить литий-ионные батареи работать лучше и в течение длительного времени.
Команда европейских исследователей из Центра имени Гельмгольца в Берлине и Университета Гумбольдта в Берлине разработала альтернативное решение для зарядки, позволяющее продлить срок службы литий-ионных батарей. Исследование показывает, что батареи становятся более устойчивыми и сохраняют более высокую энергетическую емкость после сотен циклов разрядки-перезарядки за счет изменения способа подачи тока зарядным устройством.
Литий-ионные аккумуляторы являются компактные и надежными устройствами, применяемыми практически повсеместно, начиная с миниатюрных носимых устройств и заканчивая электромобилями. Но мощность аккумуляторов постепенно снижается по мере эксплуатации. В лучших литий-ионных батареях коммерческого класса используются электроды, изготовленные из соединения, известного как NMC532, и графита, и они обеспечивают срок службы до 8 лет.
Обычная зарядка использует постоянный ток. В ходе исследования было проанализировано, что произошло с образцами аккумуляторов при использовании такой зарядки, и было обнаружено, что граница раздела твердого электролита (SEI) анода была значительно толще. Кроме того, они обнаружили множество трещин в конструкциях NMC532 и графитовых электродов.
Более толстый SEI и большее количество трещин на электродах означают значительную потерю емкости литий-ионных аккумуляторов. Исследователи разработали протокол зарядки на основе импульсного тока (PC). После зарядки аккумуляторов с помощью нового протокола исследователи обнаружили, что интерфейс SEI стал намного тоньше, а материалы электродов претерпели меньше структурных изменений.
Для проведения экспериментов по перезарядке импульсным током команда использовала две ведущие в Европе синхротронные установки для ускорения частиц «BESSY II» и «PETRA III». Они обнаружили, что зарядка PC способствует однородному распределению ионов лития в графите, что снижает механическое напряжение и растрескивание частиц графита. Протокол также может подавлять структурную деградацию катода NMC532. Исследование показывает, что такой тип зарядки может удвоить срок службы коммерческих литий-ионных аккумуляторов при сохранении емкости на 80 процентов.
«Импульсная зарядка может принести много преимуществ с точки зрения стабильности материалов электродов и интерфейсов, а также значительно продлить срок службы батарей», — сказал профессор Берлинского технического университета доктор Джулия Коваль.