Удивительно простое открытие продлевает срок службы литий-ионного аккумулятора на 50%

Группа ученых исследовала быструю зарядку аккумуляторов и поняла, что уже с первого цикла зарядки вы сможете дать батарее до 50% более долгий срок жизни. Об этом пишет Livescience.

Зарядка популярных литий-ионных аккумуляторов — которые питают большинство персональной техники и электромобилей — при высоких температурах или токах, — может продлить их средний срок службы в половину. Как отметил Стивен Торриси, результаты показывают обобщенный подход к пониманию и оптимизации быстрой зарядки в производстве аккумуляторов.

Литий-ионный аккумулятор имеет положительный и отрицательный электроды в растворе электролита, который содержит ионы лития. Когда вы заряжаете батарею, ионы переходят в отрицательный электрод. Затем ионы лития перемещаются с отрицательного электрода на положительный. Поступательно-назадний поток ионов способствует электрическому току, который питает устройство.

Новая литий-ионная батарея изначально полностью разряжена — положительный электрод заполнен литием, а отрицательный электрод имеет достаточно места для поступления ионов лития.

Во время первого заряда часть лития в аккумуляторе застревает на поверхности отрицательного электрода. При этом захваченный литий вместе с другими компонентами раствора электролита становится частью слоя, который называется межфазой твердого электролита (SEI). Этот SEI охватывает отрицательный электрод, защищая его от побочных реакций, которые вызывают дальнейшую потерю лития и таким образом сокращают срок службы батареи.

Обычно производители батарей сначала медленно заряжают аккумулятор, чтобы создать стабильный SEI. Но это не всегда самый эффективный подход — и последние исследования в сфере, такие как показывают, что быстрая зарядка аккумулятора не обязательно оказывает негативное влияние на срок службы аккумулятора, отмечает IOPScience. Более того, несколько других параметров могут влиять на SEI, поэтому оптимизировать первую зарядку для наилучшей производительности аккумулятора нелегко.

В новом исследовании исследователи использовали машинное обучение, чтобы выбрать параметры, которые оказывают самое сильное влияние на SEI. Для этого они изучили два основных параметра — ток и температура во время первого заряда.

Обычная зарядка батареи в течение примерно 20 минут вместо обычных 10 часов или около того продлила общий срок службы аккумулятора примерно на 50%. Большее количество лития застревает в SEI во время первой зарядки, но это ограничивает возможность будущих побочных реакций, которые могут сократить срок службы батареи во время последующих циклов.

Если повысить температуру от комнатной до 55 градусов по Цельсию имело аналогичный эффект, продлевая срок службы батареи в среднем на 57%.

По словам исследователей, это улучшение, вероятно, происходит благодаря изменениям в составе SEI, которые делают его более надежным. Однако эти методы не дали синергии: быстрая зарядка элемента и при высоких температурах не улучшила производительность аккумулятора.

"Мы не просто хотели определить лучший рецепт для создания хорошей батареи; мы хотели понять, как и почему это работает", — отметил соавтор исследования Уилл Чуэ, ученый из Стэнфордского университета. "Мы решаем реальную проблему, с которой сталкивается отрасль", — добавил он.