Исследователи находят ключевой недостаток, ограничивающий быстроту зарядки аккумулятора

Создание быстро заряжающихся электромобилей - это палка о двух концах. С одной стороны, сокращение времени перезарядки с часов до минут является решающим шагом к тому, чтобы сделать электромобили привлекательными для потребителей - никто не хочет ждать у насоса в течение полутора часов. Но исследования также показали, что быстрая зарядка аккумулятора автомобиля снижает его производительность.

Такие компании, как Tesla и Porsche, находятся на переднем плане решения этой проблемы, стараясь привлечь потребителей к своим электромобилям, похвастаясь «сверхбыстрым» временем зарядки. Но ускорение процесса зарядки литий-ионных аккумуляторов создает химическую реакцию, известную как литиевое покрытие, которая со временем может значительно испортить автомобильный аккумулятор. К счастью, группа американских ученых использовала мощь рентгеновской технологии, чтобы лучше понять это явление, чтобы разрабатывать лучшие батареи в будущем.

Исследование, опубликованное в журнале Энергетика и экология специально исследованы моноэлементные, перезаряжаемые литий-ионные аккумуляторы с графитовыми электродами или положительно и отрицательно заряженные компоненты элемента. Используя технику, известную как энергодисперсионная рентгеновская дифракция, исследователи смогли получить «фильм» о том, как батареи начинают работать со сбоями во время быстрой зарядки. Это дало им четкую картину того, как литирование может происходить в гораздо более крупных элементах, которые в конечном итоге будут использоваться для питания автомобилей и смартфонов.

Исследователи также обнаружили, что электролит - или жидкость в литий-ионных батареях, которая несет заряд между электродами - имеет тенденцию затвердевать около сепаратора, мембраны между электродами элемента. Дэниел Абрахам, специалист по батарее в Министерстве энергетики США и соавтор исследования, объясняет, как это дало исследователям лучшее понимание именно так что вызывает это быстрое ухудшение.

«Можно ожидать, что это просто из здравого смысла», сказал он в заявлении. «Но, увидев, как именно литий распределяется внутри электрода, мы обретаем способность точно определять неоднородный способ старения батареи».

Оказывается, что литий вызывает расширение кристаллической структуры графита, что приводит к небольшому отложению металла рядом с сепаратором. Через некоторое время такое накопление начинает влиять на общие возможности ячейки, уменьшая радиус действия автомобиля или общее время автономной работы телефона.

В настоящее время, согласно Центру батарей ИБП, единственный способ предотвратить литиевое покрытие - это избежать перенапряжения. Это не совсем совместимо с миссией индустрии электромобилей - когда-нибудь осуществить наши стремительные мечты. Но это может быть решено, если ученые-аккумуляторы найдут способ заменить графит менее кристаллическим материалом.

Теперь, когда Авраам и его коллеги выяснили, как наблюдать литирование, они намереваются изучить более крупные аккумуляторные батареи, которые можно найти в электромобилях и смартфонах. Таким образом, они могут работать над конкретными решениями для создания долговечных аккумуляторов, которые также могут быстро заряжаться, и эта разработка, когда она будет достигнута, обязательно вызовет ударную волну во многих отраслях.