Напрочуд просте відкриття подовжує термін служби літій-іонного акумулятора на 50%
Акумулятори в смартфонах або електромобілях заряджаються протягом 10 годин під час першого циклу. Втім турбозарядка батареї до 100% ємності за 20 хвилин може сприяти довшому терміну служби.
Група вчених дослідила швидке заряджання акумуляторів і зрозуміла, що вже з першого циклу заряджання ви зможете дати батареї до 50% довший термін життя. Про це пише Livescience.
Зарядка популярних літій-іонних акумуляторів, які живлять більшість персональної техніки та електромобілів, за високих температур або струмів, — може подовжити їхній середній термін служби в половину. Як зазначив Стівен Торрісі, результати показують узагальнений підхід до розуміння й оптимізації швидкого заряджання у виробництві акумуляторів.
Літій-іонний акумулятор має позитивний і негативний електроди в розчині електроліту, що містить іони літію. Коли ви заряджаєте батарею, іони переходять у негативний електрод. Потім іони літію переміщуються з негативного електрода на позитивний. Поступально-зворотний потік іонів сприяє електричному струму, який живить пристрій.
Нова літій-іонна батарея спочатку повністю розряджена — позитивний електрод заповнений літієм, а негативний електрод має достатньо місця для надходження іонів літію.
Під час першого заряду частина літію в акумуляторі застрягає на поверхні негативного електрода. Водночас захоплений літій разом з іншими компонентами розчину електроліту стає частиною шару, який називається міжфазою твердого електроліту (SEI). Цей SEI охоплює негативний електрод, захищаючи його від побічних реакцій, які спричиняють подальшу втрату літію і скорочують термін служби батареї.
Зазвичай виробники батарей спочатку повільно заряджають акумулятор, щоби створити стабільний SEI. Але це не завжди найефективніший підхід — і останні дослідження у сфері показують, що швидке заряджання акумулятора не обов'язково чинить негативний вплив на термін служби акумулятора, зазначає IOPScience. Ба більше, кілька інших параметрів можуть впливати на SEI, тому оптимізувати перше заряджання для найкращої продуктивності акумулятора нелегко.
У новому дослідженні дослідники використовували машинне навчання, щоб вибрати параметри, які мають найсильніший вплив на SEI. Для цього вони вивчили два основні параметри — струм і температуру під час першого заряду.
Звичайна зарядка батареї протягом приблизно 20 хвилин замість звичайних 10 годин або близько того подовжила загальний термін служби акумулятора приблизно на 50%. Більша кількість літію застрягає в SEI під час першого заряджання, але це обмежує можливість майбутніх побічних реакцій, які можуть скоротити термін служби батареї під час наступних циклів.
Якщо підвищити температуру від кімнатної до 55 градусів за Цельсієм, це мало аналогічний ефект, подовжуючи термін служби батареї в середньому на 57%.
За словами дослідників, це поліпшення, ймовірно, відбувається завдяки змінам у складі SEI, які роблять його надійнішим. Однак ці методи не дали синергії: швидке заряджання елемента і за високих температур не поліпшило продуктивність акумулятора.
"Ми не просто хотіли визначити найкращий рецепт для створення хорошої батареї; ми хотіли зрозуміти, як і чому це працює", — зазначив співавтор дослідження Вілл Чуе, науковець зі Стенфордського університету. "Ми вирішуємо реальну проблему, з якою стикається галузь", — додав він.
Раніше ми писали про те, що літій-іонних батарей стане набагато менше. Згідно з нововведеннями Міністерства промисловості та інформаційних технологій, китайським компаніям доведеться закрити і зменшити безліч фабрик, що випускають батареї.