Naujas įkrovimo algoritmas gali padvigubinti ličio jonų akumuliatorių tarnavimo laiką

Europos mokslininkų komanda iš Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ir Humboldtų universiteto Berlyne sukūrė alternatyvų įkrovimo sprendimą, kad ličio jonų akumuliatoriai veiktų daug ilgiau nei dabar. Tyrimas rodo, kad akumuliatoriai tampa atsparesni ir išlaiko didesnę energijos talpą po šimtų iškrovimo ir įkrovimo ciklų, pakeitus įkroviklio srovės tiekimo elektrolito medžiagoms būdą.

Ličio jonų akumuliatoriai yra kompaktiški, tvirti energijos konteineriai, kurie tapo visur paplitę. Jais naudojasi elektromobiliai ir elektroniniai prietaisai, tačiau jų talpa palaipsniui mažėja, kai elektrolitai prasiskverbia pro anodą ir katodą skiriančią membraną. Geriausiuose komerciniuose ličio jonų akumuliatoriuose naudojami elektrodai, pagaminti iš junginio, vadinamo NMC532, ir grafito, ir jie tarnauja iki 8 metų.

Įprastiniam įkrovimui naudojama nuolatinė išorinė elektros srovė (CC). Tyrimo metu buvo analizuojama, kas atsitiko akumuliatorių pavyzdžiams naudojant CC įkrovimą, ir nustatyta, kad anodo kietojo elektrolito sąsaja (angl. solid electrolyte interface, SEI) buvo „gerokai storesnė“. Be to, jie aptiko daugiau įtrūkimų NMC532 ir grafito elektrodų struktūrose.

Storesnė SEI ir daugiau įtrūkimų elektroduose reiškia, kad ličio jonų akumuliatorių talpa gerokai sumažėja. Taigi, tyrėjai sukūrė įkrovimo protokolą, pagrįstą impulsine srove (PC – Pulsed Current). Įkrovus akumuliatorius naujuoju PC protokolu, komanda nustatė, kad SEI sąsaja buvo daug plonesnė, o elektrodų medžiagos patyrė mažiau struktūrinių pokyčių.

Atlikdama įkrovimo impulsine srove eksperimentus komanda naudojosi dviem Europoje pirmaujančiais dalelių greitinimo sinchrotrono įrenginiais „BESSY II“ ir „PETRA III“. Jie nustatė, kad PC įkrovimas skatina „homogenišką“ ličio jonų pasiskirstymą grafite, o tai sumažina grafito dalelių mechaninę įtampą ir įtrūkimus. Šis protokolas taip pat gali slopinti NMC532 katodo struktūros degradaciją.

Tyrimas rodo, kad geriausius rezultatus davė aukšto dažnio pulsavimas kvadratinių bangų srove. Bandymai rodo, kad PC įkrovimas gali padvigubinti komercinių ličio jonų akumuliatorių tarnavimo laiką, išlaikant 80 proc. talpos.