Ученые обнаружили неожиданный способ резкого увеличения производительности батарей
Ученые обнаружили неожиданный способ резкого увеличения производительности батарей

Ученые обнаружили неожиданный способ резкого увеличения производительности батарей

Эксперименты подтвердили, что зарядка при высоких токах оказывает огромное влияние, увеличивая срок службы средней тестовой батареи на 50%.

Исследователи из SLAC-Stanford Battery Center зарядили аккумулятор необычно высокими токами и тем самым увеличили средний срок службы батареи на 50%, а также сократили первоначальное время зарядки с 10 ч до 20 мин. Об этом пишет msn.com.

Ученые использовали алгоритмы машинного обучения, чтобы определить конкретные изменения в электродах аккумулятора, которые объясняют увеличение срока службы и производительности. Результаты их исследования имеют практическое значение для производства не только литий-ионных аккумуляторов для электромобилей и электросетей, но и для других технологий.

Чтобы понять, что происходит во время начального цикла заряда аккумулятора, команда создала ячейки-мешки, в которых положительные и отрицательные электроды окружены раствором электролита, где ионы лития свободно перемещаются. Когда аккумулятор заряжается, ионы лития поступают в отрицательный электрод для хранения. Когда он разряжается, ионы возвращаются и перемещаются к положительному электроду; это запускает поток электронов для питания устройств, от электромобилей до электросети.

Положительный электрод недавно изготовленного аккумулятора на 100% заполнен литием. Каждый раз, когда батарея проходит цикл заряда-разряда, часть лития дезактивируется. Минимизация этих потерь продлевает срок службы энергохранилища.

Первая зарядка литий-ионных аккумуляторов высоким током перед тем, как они покинут завод, происходит в 30 раз быстрее и увеличивает срок их службы на 50%
Фото: SLAC-Stanford Battery Center

Как ни странно, один из способов минимизировать общую потерю лития — это намеренно потерять большую часть первоначального запаса вещества во время первой зарядки батареи. Эта потеря лития в первом цикле не напрасна, т.к. потерянный литий становится частью мягкого слоя, называемого твердоэлектролитной интерфазой, или SEI, который образуется на поверхности отрицательного электрода во время первой зарядки. В свою очередь, SEI защищает отрицательный электрод от побочных реакций, которые ускоряют потерю лития и со временем приводят к более быстрому разрушению батареи. Правильное получение SEI важно для этапа, называемого зарядом формирования. Формирование — это последний этап в процессе производства, поэтому, если он не удается, все усилия, направленные на то, чтобы повысить эффективность батареи, могут оказаться напрасными.

Производители обычно заряжают новые аккумуляторы с помощью низких токов, полагая, что это создаст самый прочный слой SEI. Но зарядка с помощью низких токов занимает много времени, стоит дорого и не обязательно дает оптимальные результаты. Поэтому, когда недавние исследования показали, что быстрая зарядка с помощью более высоких токов не ухудшает производительность аккумулятора, это стало хорошей новостью.

Зарядный ток — это всего лишь один из десятков факторов, которые участвуют в формировании SEI во время первой зарядки. Тем не менее, только два фактора — температура и ток, при котором заряжается аккумулятор, — оказались важнее всех остальных.

Эксперименты подтвердили, что зарядка при высоких токах оказывает огромное влияние, увеличивая срок службы средней тестовой батареи на 50%. Она также дезактивировала гораздо более высокий процент лития заранее — около 30% по сравнению с 9% при других методах.

Удаление большего количества ионов лития во время процесса формирования освобождает пространство в положительном электроде и позволяет электроду циклироваться более эффективно, улучшая последующую производительность.

Теги по теме
ученые
Источник материала
loader