Учені виявили несподіваний спосіб різкого збільшення продуктивності батарей

Дослідники з SLAC-Stanford Battery Center зарядили акумулятор незвично високими струмами і тим самим збільшили середній термін служби батареї на 50%, а також скоротили первісний час зарядки з 10 год до 20 хв. Про це пише msn.com.

Вчені використовували алгоритми машинного навчання, щоб визначити конкретні зміни в електродах акумулятора, які пояснюють збільшення терміну служби та продуктивності. Результати їхнього дослідження мають практичне значення для виробництва не лише літій-іонних акумуляторів для електромобілів та електромереж, а й для інших технологій.

Щоб зрозуміти, що відбувається під час початкового циклу заряду акумулятора, команда створила осередки-мішки, в яких позитивні та негативні електроди оточені розчином електроліту, де іони літію вільно переміщуються. Коли акумулятор заряджається, іони літію надходять у негативний електрод для зберігання. Коли він розряджається, іони повертаються і переміщаються до позитивного електрода; це запускає потік електронів для живлення пристроїв, від електромобілів до електромережі.

Позитивний електрод нещодавно виготовленого акумулятора на 100% заповнений літієм. Щоразу, коли батарея проходить цикл заряду-розряду, частина літію дезактивується. Мінімізація цих втрат продовжує термін служби енергосховища.

Як не дивно, один зі способів мінімізувати загальну втрату літію — це навмисно втратити більшу частину первісного запасу речовини під час першого заряджання батареї. Ця втрата літію в першому циклі не марна, тому що втрачений літій стає частиною м'якого шару, званого тверделектролітною інтерфазою, або SEI, який утворюється на поверхні негативного електрода під час першого заряджання. Своєю чергою, SEI захищає негативний електрод від побічних реакцій, які прискорюють втрату літію і з часом призводять до швидшого руйнування батареї. Правильне отримання SEI важливе для етапу, званого зарядом формування. Формування — це останній етап у процесі виробництва, тому, якщо він не вдається, всі зусилля, спрямовані на те, щоб підвищити ефективність батареї, можуть виявитися марними.

Виробники зазвичай заряджають нові акумулятори за допомогою низьких струмів, вважаючи, що це створить найміцніший шар SEI. Але зарядка за допомогою низьких струмів займає багато часу, коштує дорого і не обов'язково дає оптимальні результати. Тому, коли недавні дослідження показали, що швидке заряджання за допомогою більш високих струмів не погіршує продуктивність акумулятора, це стало гарною новиною.

Зарядний струм — це всього лише один із десятків факторів, які беруть участь у формуванні SEI під час першого заряджання. Проте, тільки два фактори — температура і струм, за якого заряджається акумулятор, — виявилися важливішими за всі інші.

Експерименти підтвердили, що зарядка за високих струмів має величезний вплив, збільшуючи термін служби середньої тестової батареї на 50%. Вона також дезактивувала набагато вищий відсоток літію заздалегідь — близько 30% порівняно з 9% при інших методах.

Видалення більшої кількості іонів літію під час процесу формування звільняє простір у позитивному електроді й дає змогу електроду циклюватися більш ефективно, покращуючи подальшу продуктивність.

Раніше ми писали, що вчені збільшили щільність енергії батарей у 2 рази за допомогою тонкої плівки. ORNL розробила тонкий і гнучкий твердотільний електроліт, який може подвоїти можливості зберігання енергії для електромобілів, смартфонів, ноутбуків та інших пристроїв.