Самые распространенные литий-ионные батареи подвергаются ранее неизвестному виду деградации, когда их заряд сильно низкий, поэтому лучше подзаряжать их заранее, прежде чем они полностью разрядятся.
Что изменилось с появлением литий-ионных батарей
Людям младше 40 лет сложно представить, но когда-то литий-ионные батареи не были так распространены. Раньше большинство небольших устройств работали на одноразовых батарейках, а в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания использовались свинцово-кислотные аккумуляторы, способные выдерживать многократные циклы разряда и зарядки.
Однако такие аккумуляторы имели серьезный недостаток: при полном разряде они теряли часть своей емкости и уже не могли работать так же эффективно. Литий-ионные батареи обещали решить эту проблему, а также обеспечивали гораздо большую энергоемкость при том же весе. Именно они сделали возможным развитие электромобилей.
Что нового выяснили ученые
Но оказалось, что у литий-ионных батарей тоже есть уязвимость. Исследование под руководством профессора Чихён Хонга (Jihyun Hong) из Университета науки и технологий в Пхохане (POSTECH) показало, что аккумуляторы с катодами на основе никеля, марганца и кобальта (NMC), широко используемые в электромобилях, смартфонах и ноутбуках, деградируют при полном разряде.
Ученые обнаружили новый процесс, который назвали «квазипреобразовательной реакцией». Он начинается с выхода кислорода с поверхности катода и его взаимодействия с литием, что приводит к образованию оксида лития (Li₂O). Этот оксид реагирует с электролитом, выделяя угарный газ, метан и водород, которые разрушают аккумулятор.
Особенно сильно этот эффект проявляется в батареях с высоким содержанием никеля. Это тревожная новость, ведь производители аккумуляторов стремятся заменить кобальт никелем из-за высокой стоимости кобальта и проблем с его добычей.
Насколько это критично
Для аккумуляторов с 90% никеля (выше среднего по рынку) регулярный полный разряд оказался катастрофическим: через 250 циклов батарея сохраняла лишь 3,8% своей исходной емкости и становилась бесполезной. В то же время аналогичная батарея, не разряжавшаяся до конца, после 300 циклов сохраняла почти 75% емкости.
«Влияние разряда, то есть самого процесса использования аккумулятора, долгое время оставалось вне внимания, — говорит профессор Хонг. — Наше исследование открывает путь к разработке более долговечных батарей.»
Как правильно заряжать аккумулятор смартфона
Все замечали, что со временем телефон держит заряд хуже. Частично это связано с увеличением количества приложений, потребляющих энергию, но основная причина — естественный износ батареи.
Частая перезарядка тоже вредна для аккумуляторов. Поэтому многие производители не советуют оставлять телефон на зарядке всю ночь. Оптимально заряжать его до 70%.
То же самое касается и разряда: лучше не опускать уровень ниже 30%, так как это ускоряет деградацию батареи. До недавнего времени внимание специалистов было сосредоточено на предотвращении перезарядки, но новое исследование показало, что глубокий разряд может быть даже опаснее — особенно для аккумуляторов с высоким содержанием никеля.
Батареи с меньшим количеством никеля менее подвержены такому эффекту, а аккумуляторы на основе литий-железо-фосфата (LFP), которые все чаще используются в электромобилях и системах хранения энергии, в исследовании не изучались.
Вывод
Некоторые люди заряжают телефон только в крайнем случае, а другие нервничают, если заряд падает ниже 25%. Судя по всему, вторые поступают правильно: это не только продлевает жизнь их гаджетам, но и снижает нагрузку на окружающую среду.
Исследование было опубликовано в журнале Advanced Energy Materials.
