Jednostavno otkriće produžava vek Li-ion baterija za 50%

Zamena uređaja poput pametnih telefona ili laptopova samo zbog toga što je baterija oslabila može biti prava glavobolja. Ali nova istraživanja ukazuju na način kako da se običnim litijum-jonskim (Li-ion) baterijama značajno produži vek trajanja — počevši od njihovog prvog ciklusa punjenja.

Punjenje Li-ion baterija — koje napajaju većinu lične elektronike i električnih vozila (EV) — na visokim temperaturama ili strujama pre nego što stignu na tržište moglo bi produžiti njihov prosečan vek trajanja za 50%, rekli su istraživači u novoj studiji objavljenoj 29. avgusta u časopisu *Joule*.

Rezultati “demonstriraju generalizovani pristup za razumevanje i optimizaciju ovog ključnog koraka u proizvodnji baterija”, rekao je koautor studije Stiven Torisi, viši istraživač u Toyota Research Institute-u u Kaliforniji, u izjavi.

Tipična Li-ion baterija ima pozitivnu i negativnu elektrodu u elektrolitskom rastvoru koji sadrži litijumove jone. Kada punite bateriju, litijumovi joni se kreću ka negativnoj elektrodi. Zatim, kada koristite bateriju i trošite njeno punjenje, litijumovi joni se kreću iz negativne elektrode ka pozitivnoj. Ovaj povratni tok jona omogućava električnu struju koja napaja uređaj.

Produžen vek trajanja Li-ion baterija za 50%

Nova Li-ion baterija je potpuno prazna — pozitivna elektroda je puna litijuma, a negativna elektroda ima puno prostora za prijem litijumovih jona. Ali pri prvom punjenju, deo litijuma u bateriji zaglavi se na površini negativne elektrode. Taj zarobljeni litijum, zajedno sa drugim komponentama elektrolitskog rastvora, postaje deo sloja nazvanog čvrsta elektrolitska međufaza (solid electrolyte interphase, SEI). Ovaj SEI oblaže negativnu elektrodu, štiteći je od sporednih reakcija koje bi dalje mogle uzrokovati gubitak litijuma i skratiti životni vek baterije.

Proizvođači obično prvo polako pune bateriju kako bi stvorili stabilan SEI. Ali to nije uvek najisplativiji pristup — i nedavne studije pokazuju da brzo punjenje ne mora nužno negativno uticati na životni vek baterije. Štaviše, nekoliko drugih parametara može uticati na SEI, pa nije lako optimizovati prvo punjenje za najbolje performanse baterije.

U novoj studiji, istraživači su koristili mašinsko učenje kako bi identifikovali parametre koji imaju najveći uticaj na SEI. Dva faktora — struja i temperatura tokom prvog punjenja — privukla su njihovu pažnju.

Punjenje baterije u trajanju od oko 20 minuta, umesto uobičajenih 10 sati, produžilo je ukupan vek baterije za oko 50%. Više litijuma se zarobi u SEI pri prvom punjenju, ali to smanjuje mogućnost budućih sporednih reakcija koje bi mogle skratiti životni vek baterije u narednim ciklusima.

Povećanje temperature sa sobne na 55 stepeni Celzijusa imalo je sličan efekat, poboljšavajući prosečan vek baterije za 57%. Ovo poboljšanje verovatno proizlazi iz promena u sastavu SEI koje ga čine robusnijim, navode istraživači. Međutim, ove tehnike nisu se sinergizovale: brzo punjenje i punjenje na visokim temperaturama zajedno nisu dodatno poboljšali performanse baterije, piše LiveScience.

“Nismo želeli samo da identifikujemo najbolji recept za izradu dobre baterije; želeli smo da razumemo kako i zašto to funkcioniše,” rekao je koautor studije Vil Čue, naučnik za materijale na Univerzitetu Stanford, u izjavi. “Ovo razumevanje je ključno za pronalaženje najbolje ravnoteže između performansi baterije i efikasnosti proizvodnje.”

Ova nova strategija mogla bi baterije učiniti i jeftinijim, rekao je Čue. “Ovo je odličan primer kako Stanford Linear Accelerator Center radi na nauci o proizvodnji kako bi ključne tehnologije za energetsku tranziciju postale pristupačnije,” primetio je. “Rešavamo pravi izazov sa kojim se industrija suočava.”