Науковці відкрили незвичний метод для суттєвого підвищення ефективності батарей.
Дослідження показали, що зарядка при високих струмах значно подовжує термін служби типової батареї, збільшуючи його на 50%.
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.
Для розуміння процесів, що відбуваються під час початкового етапу заряджання акумулятора, дослідницька група створила спеціальні осередки, в яких позитивні та негативні електроди занурені в електролітний розчин, що дозволяє вільний рух іонів літію. Під час заряджання акумулятора іони літію переміщуються до негативного електрода для зберігання. Коли акумулятор розряджається, іони літію повертаються до позитивного електрода, запускаючи потік електронів, який забезпечує живлення для різноманітних пристроїв, від електромобілів до енергетичних систем.
Позитивний електрод новітнього акумулятора повністю насичений літієм. З кожним циклом зарядки-розрядки частина літію стає неактивною. Зменшення цих втрат сприяє збільшенню тривалості експлуатації батареї.
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 використовують низькострумову зарядку для нових акумуляторів, оскільки вважають, що це сприяє формуванню найміцнішого шару SEI. Однак така зарядка займає багато часу, є дорогою і не завжди забезпечує максимальну ефективність. Тому, коли нещодавні дослідження виявили, що швидке заряджання за допомогою більш високих струмів не впливає негативно на продуктивність акумулятора, це стало приємною новиною.
Зарядний струм – це лише один з численних факторів, що впливають на формування SEI при першому зарядженні. Однак, лише два параметри – температура і зарядний струм – виявилися значно важливішими за всі інші.
Дослідження показали, що зарядка при високих струмах значно подовжує термін служби типової батареї, збільшуючи його на 50%. Вона також дезактивувала набагато вищий відсоток літію заздалегідь -- близько 30% порівняно з 9% при інших методах.
Вилучення більшої кількості іонів літію на етапі формування створює додатковий простір у позитивному електроді, що дозволяє йому ефективніше проходити цикли, 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.
