Найден способ увеличить срок службы литий-ионных аккумуляторов
3 года — примерно столько живут смартфоны. И чем дальше, тем заметнее будут проблемы с аккумулятором на любом аппарате. Менять технику только потому, что батарея перестала держать заряд, обидно и крайне неприятно, особенно если во всем остальном модель устраивала. Но по всей видимости, вскоре мы сможем забыть об этой сложности благодаря открытию ученых из Стэнфордского университета.
Как устроена литий-ионная батарея
Типичный литий-ионный аккумулятор состоит из двух основных компонентов: положительного и отрицательного электрода, разделенных сепаратором, который предотвращает прямой контакт между ними, но позволяет ионам лития перемещаться между ними. Во время зарядки батареи они перемещаются в отрицательный электрод, а при использовании гаджета возвращаются в положительный.
Совершенно новый литий-ионный аккумулятор полностью разряжен — положительный электрод заполнен литием, а отрицательный совершенно свободен. При первой зарядке часть лития застревает на поверхности отрицательного электрода, там он связывается с другими компонентами раствора электролита и становится частью межфазы твердого электролита (SEI) — слоя, который защищает отрицательный электрод от побочных реакций связи жидкого электролита с графитом.
Обычно на производстве аккумуляторы заряжают медленно, тратят на это около 10 часов, чтобы SEI стал стабильным и равномерным. Предлагалось, что быстрая зарядка может навредить батарее и существенно снизить срок ее службы. Однако новое исследование показало, что это вовсе не так.
Как увеличить срок службы литий-ионных аккумуляторов
Ученые из США решили воспользоваться алгоритмами машинного обучения, чтобы определить, что оказывает наибольшее влияние на SEI. Их внимание привлекли два фактора — ток и температура во время первой зарядки.
В ходе экспериментов исследователи проверили, какой эффект на аккумулятор оказывает быстрая (примерно 20 минут) и медленная (10 часов) зарядка. При быстрой зарядке в SEI застревает больше лития, но это не минус, наоборот, огромный плюс — это ограничивает возможность побочных реакций в будущем, которые могут сократить срок службы батареи при последующих циклах. Таким образом, это может повысить износоустойчивость аккумулятора на целых 50%!
Как утверждают авторы научной работы, разработанная ими стратегия не только «продлить жизнь» аккумуляторов, но и значительно их удешевить.