Novi algoritam punjenja litijum-jonskih baterija udvostručuje vek trajanja

Uprkos tome što su jedna od najpraktičnijih i najefikasnijih tehnologija za skladištenje i isporuku energije, litijum-jonske baterije počele su da pokazuju svoja ograničenja. Naučnici traže alternativne materijale i rešenja za skladištenje energije, a sada neki od istraživača kažu da mogu da učine da litijum-jonske baterije rade duže i bolje. Jedno od alternativih rešenja ponudio je tim evropskih istraživača iz Helmholc-Centrum Berlin (HZB) i Humbolt univerziteta u Berlinu – novi algoritam punjenja kako bi litijum-jonske baterije trajale dvostruko više nego inače.

Objavljena studija pokazala je da baterije postaju otpornije i zadržavaju veći energetski kapacitet nakon stotina ciklusa pražnjenja i punjenja, promenom načina na koji punjač isporučuje struju u materijale postojećeg elektrolita. Litijum-jonske baterije su kompaktne, robusne energetske jedinice  koje su postale sveprisutne.

Električna vozila i elektronski uređaji se oslanjaju na njih, ali njihov kapacitet postepeno opada kako elektroliti prolaze kroz membranu koja razdvaja anodu i katodu.

Shutterstock

Najbolje dostupne litijum-jonske baterije komercijalnog kvaliteta koriste elektrode napravljene od jedinjenja, koje je poznato kao NMC532, i grafita što obezbeđuje radni vek od osam godina, isitče TechSpot.

Konvencionalne metode punjenja koriste konstantnu struju (CC) spoljašnje električne energije. Studija je analizirala efekte konvecionalnog punjenja na uzorke baterija i otkrila da se interfejs čvrstog elektrolita (SEI) na anodi značajno podebljao. Osim toga, istraživači su primetili i dodatne pukotine u strukturama NMC532 i grafitnih elektroda. Deblji SEI sloj i više pukotina na elektrodama predstavljaju značajan gubitak kapaciteta kod litijum-jonskih baterija.

Na osnovu toga, istraživači su razvili algoritam punjenja zasnovan na pulsnoj struji (PC). Nakon primene novog PC protokola punjenja, tim je otkrio da je SEI sloj značajno tanji, a struktura elektroda pretrpela je manje promene.

Tim je koristio dva vodeća evropska sinhrotronska postrojenja za ubrzanje čestica, „BESSY II” i „PETRA III”, kako bi sproveo eksperimente punjenja pulsirajućom strujom. Otkrili su da pulsno punjenje promoviše „homogenu distribuciju” litijum-jona u grafitu i tako smanjuje mehanički „stres“ i pucanje čestica grafita. Ovaj protokol takođe može da ublaži strukturnu degradaciju u NMC532 katodi.

Studija je dalje otkrila da visokofrekventno pusliranje sa strujom kvadratnog oblika postiže najbolje rezultate. Testovi pokazuju da primena ovog algoritma punjenja može da udvostruči radni vek komercijalnih litijum-jonskih baterija, zadržavajući kapacitet od 80 posto.

„Pulsno punjenje može da donese mnoge prednosti u smislu stabilnosti materijala elektroda i interfejsa i značajno produži životni vek  baterija”, rekla je profesor dr Džulija Koval, koautorka studije.