Учёные разработали новый протокол зарядки литий-ионных аккумуляторов, который может удвоить срок службы аккумуляторов, используемых в смартфонах и ноутбуках.
Метод зарядки, который обеспечивает питание устройств «импульсным током», а не «постоянным током», может продлить срок службы батареи на многие годы, пишут учёные в исследовании, опубликованном 14 марта в журнале Advanced Material Sciences.
Литий-ионные аккумуляторы используются во всём: от электромобилей (EV) до портативной электроники, но максимальная ёмкость этих аккумуляторов со временем снижается. Чем дольше они используются и чем больше циклов зарядки они проходят, тем меньше заряда они удерживают.
Например, по данным производителя ноутбуков Lenovo, батареи во многих ноутбуках могут работать до 5-и лет, прежде чем они ослабнут, или от 300 до 500 циклов зарядки. Между тем, по словам ученых, срок службы лучших аккумуляторов составляет до 8-и лет. Обычно они имеют электроды, изготовленные из соединения NMC532 (содержащего никель, марганец и кобальт), а также графита.
Эти аккумуляторные батареи обычно заряжаются постоянным током, а в продуктах с быстрой зарядкой обычно используется импульсная зарядка. В ходе исследования учёные заряжали различные аккумуляторы постоянным и импульсным током и измеряли зарядную ёмкость батарей.
В батареях постоянного тока поверхность раздела электролита на аноде, где происходит обмен электронами между материалом электролита и положительно заряженным электродом, была значительно толще. Это ограничивало количество заряда, которое он мог удерживать. Кроме того, на NMC532 и графитовых электродах появилось больше трещин, что снизило зарядную ёмкость аккумулятора.
С другой стороны, импульсный ток увеличил количество циклов зарядки, которым может подвергнуться батарея, с примерно 500 циклов для постоянного тока до более чем 1000 циклов. Зарядка импульсным током работала лучше, поскольку периоды отдыха между подачей тока позволяли материалам отдыхать.
«Эти результаты дают представление о том, как оптимизировать протоколы зарядки современных LIB (литий-ионных батарей) и за их пределами в течение срока службы, а также в более широком смысле для развития будущих аккумуляторных технологий», — пишут исследователи в статье.
Результаты согласуются с предыдущими исследованиями. В 2023 году Йонас Страндберг (Jonas Strandberg), профессор физики элементарных частиц в Королевском технологическом институте в Швеции, опубликовал статью, в которой обнаружил, что работоспособность литий-ионных аккумуляторов улучшается при использовании протокола зарядки на основе импульсного тока.
