O descoperire uimitor de simplă prelungește durata de viață a bateriilor

Bateriile utilizate în smartphone-uri sau în vehiculele electrice se încarcă în mod normal timp de 10 ore la primul ciclu, dar încărcarea turbo a acestora la 100% din capacitate în 20 de minute poate duce la o durată de viață cu 50% mai mare.

Încărcarea bateriilor Li-ion – care alimentează majoritatea electronicelor personale și a vehiculelor electrice (EV) – la temperaturi sau curenți mari înainte ca acestea să ajungă pe rafturi ar putea prelungi durata medie de viață a acestora cu 50%, au afirmat cercetătorii într-un nou studiu publicat în revista Joule.

Rezultatele „demonstrează o abordare generalizabilă pentru înțelegerea și optimizarea acestui pas crucial în fabricarea bateriilor„, a declarat într-o declarație coautorul studiului, Steven Torrisi, cercetător științific principal la Toyota Research Institute din California.

O baterie Li-ion tipică are un electrod pozitiv și unul negativ într-o soluție de electrolit care conține ioni de litiu. Atunci când încărcați bateria, ionii de litiu se deplasează în electrodul negativ.

Cea mai bună performanță a bateriei

Apoi, atunci când utilizați bateria și îi consumați sarcina, ionii de litiu ies din electrodul negativ și intră în cel pozitiv. Fluxul de ioni dus-întors facilitează curentul electric care alimentează un dispozitiv.

O baterie Li-ion nouă este complet descărcată – electrodul pozitiv este plin de litiu, iar electrodul negativ are suficient spațiu pentru ca ionii de litiu să circule în el. Dar la prima încărcare, o parte din litiul din baterie rămâne blocat pe suprafața electrodului negativ.

Litiul blocat, împreună cu alte componente ale soluției electrolitice, devine parte a unui strat numit interfază electrolitică solidă (SEI). Acest SEI învelește electrodul negativ, protejându-l de reacțiile secundare care cauzează pierderea suplimentară de litiu și scurtează astfel durata de viață a bateriei, scrie LiveScience.

De obicei, producătorii încarcă mai întâi bateria lent pentru a crea o SEI stabilă. Dar aceasta nu este întotdeauna cea mai rentabilă abordare, iar studii recente arată că încărcarea rapidă a bateriei nu are neapărat un impact negativ asupra duratei de viață. În plus, mai mulți alți parametri pot avea un impact asupra SEI, astfel încât nu este ușor să se optimizeze prima încărcare pentru cea mai bună performanță a bateriei.

Bateriile se încarcă timp de 10 ore la primul ciclu

În noul studiu, cercetătorii au utilizat învățarea automată pentru a selecta parametrii care au cel mai puternic efect asupra SEI. Doi factori – curentul și temperatura din timpul primei încărcări – le-au atras atenția.

Încărcarea bateriei timp de aproximativ 20 de minute, în loc de 10 ore ca de obicei, a prelungit durata de viață totală a bateriei cu aproximativ 50%. Mai mult litiu rămâne blocat în SEI la prima încărcare, dar acest lucru limitează posibilitatea unor reacții secundare viitoare care pot scurta durata de viață a bateriei la ciclurile ulterioare.

Creșterea temperaturii de la temperatura camerei la 55 de grade Celsius a avut un efect similar, îmbunătățind durata de viață a bateriei cu o medie de 57%. Această îmbunătățire provine probabil din modificări ale compoziției SEI care îl fac mai robust, au afirmat cercetătorii. Cu toate acestea, tehnicile nu au fost sinergice: încărcarea celulei atât rapid, cât și la temperaturi ridicate nu a îmbunătățit performanța bateriei.

Vă recomandăm să mai citiți și:

O firmă suedeză vrea să transforme palele de la turbinele eoliene în baterii gigantice

O descoperire cuantică ar putea încărca bateriile într-o clipită

De ce există atât de multe tipuri de baterii?

Bateriile cuantice s-ar putea încărca mai repede schimbând regulile cauzalității