Mokslininkai teigia, kad ličio jonų akumuliatorių, kurie maitina daugumą elektronikos prietaisų ir elektrinių transporto priemonių, įkrovimas aukšta temperatūra ar srove prieš jiems patenkant į parduotuvių lentynas gali pailginti jų vidutinį tarnavimo laiką 50 proc., teigiama naujame tyrime, paskelbtame žurnale „Joule“.
Tyrimo rezultatai „rodo, kad šį itin svarbų akumuliatorių gamybos etapą galima suprasti ir optimizuoti“, – pranešime teigia tyrimo bendraautorius, „Toyota“ tyrimų instituto Kalifornijoje vyresnysis mokslo darbuotojas Stevenas Torrisi.
Tipiškas ličio jonų akumuliatorius turi teigiamąjį ir neigiamąjį elektrodą elektrolito tirpale, kuriame yra ličio jonų. Įkraunant akumuliatorių, ličio jonai patenka į neigiamąjį elektrodą. Kai akumuliatorių naudojate ir išeikvojate jo įkrovą, ličio jonai iš neigiamo elektrodo pereina į teigiamąjį.
Visiškai naujas ličio jonų akumuliatorius yra pilnai išsikrovęs – teigiamasis elektrodas pilnas ličio, o neigiamajame elektrode yra daug vietos, į kurią gali tekėti ličio jonai. Tačiau pirmą kartą įkraunant dalis akumuliatoriaus ličio užstringa ant neigiamo elektrodo paviršiaus. Įstrigęs litis kartu su kitais elektrolito tirpalo komponentais tampa sluoksnio, vadinamo kietojo elektrolito tarpfaziu (angl. solid electrolyte interphase, SEI), dalimi. Šis SEI apgaubia neigiamąjį elektrodą ir apsaugo jį nuo šalutinių reakcijų, dėl kurių toliau prarandamas litis ir sutrumpėja akumuliatoriaus eksploatavimo laikas.
Paprastai gamintojai pirmiausia lėtai įkrauna akumuliatorių, kad susidarytų stabilus SEI. Tačiau tai ne visada yra ekonomiškiausias būdas, o naujausi tyrimai rodo, kad greitas akumuliatoriaus įkrovimas nebūtinai turi neigiamos įtakos akumuliatoriaus eksploatavimo trukmei. Be to, SEI gali turėti įtakos ir keletas kitų parametrų, todėl nėra lengva optimizuoti pirmąjį įkrovimą, kad akumuliatorius veiktų geriausiai.
Naujajame tyrime mokslininkai, naudodami mašininį mokymąsi, išrinko parametrus, kurie turi didžiausią poveikį SEI. Jų dėmesį patraukė du veiksniai – srovė ir temperatūra pirmojo įkrovimo metu.
Įkrovus akumuliatorių per 20 minučių, o ne per įprastas 10 valandų, bendras akumuliatoriaus tarnavimo laikas pailgėjo maždaug 50 proc. Pirmojo įkrovimo metu SEI įstrigo daugiau ličio, tačiau tai apriboja būsimų šalutinių reakcijų, galinčių sutrumpinti akumuliatoriaus tarnavimo laiką vėlesnių ciklų metu, galimybę.
Panašų poveikį turėjo ir temperatūros pakėlimas nuo kambario temperatūros iki 55 laipsnių Celsijaus – baterijos tarnavimo laikas pailgėjo vidutiniškai 57 proc. Tyrėjai teigia, kad šis pagerėjimas greičiausiai susijęs su SEI sudėties pokyčiais, dėl kurių jis tapo tvirtesnis. Tačiau šie metodai nebuvo sinergiški: baterijos įkrovimas ir greitai, ir aukštoje temperatūroje nepagerino baterijos eksploatacinių savybių.
„Mes ne tik norėjome nustatyti geriausią receptą geram akumuliatoriui pagaminti. Norėjome suprasti, kaip ir kodėl jis veikia“, – sako tyrimo bendraautorius, Stanfordo universiteto medžiagotyrininkas Willas Chuehas. – Šis supratimas labai svarbus ieškant geriausios pusiausvyros tarp akumuliatoriaus našumo ir gamybos efektyvumo.“
Parengta pagal „Live science“.
