«Значительный прорыв:» Решение по обшивке может привести к увеличению дальности и увеличению дальности полета.

Новое исследование причин появления литий-ионного покрытия на батареях может открыть дверь к более быстрой зарядке электромобилей, расширению запаса хода и увеличению срока службы батарей.

Литий-ионное покрытие стало проблемой для аккумуляторов электромобилей, поскольку оно может повлиять на производительность, замедлить ускорение, повлиять на высокую скорость зарядки и, в некоторых случаях, создать повышенный риск пожара и безопасности.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, предлагает решение путем настройки микроструктуры графитового анода и изменения способа зарядки аккумулятора, которое может уменьшить количество литий-ионного покрытия, которое происходит с течением времени.

«С помощью новаторской 3D-модели батареи мы можем определить, когда и где начинается образование литиевого покрытия и как быстро оно растет», — говорит руководитель исследования доктор Сюекун Лу из Лондонского университета королевы Марии.

«Это значительный прорыв, который может оказать серьезное влияние на будущее электромобилей».

Литиевое покрытие – это когда ионы лития накапливаются на некоторых частях поверхности анода.

Обычно это вызвано зарядкой при низких температурах или использованием высоких токов (требование инфраструктуры быстрой зарядки), когда поверхность анода временно насыщается ионами лития. Вместо «интеркалирования» или проникновения в структуру анода ионы накапливаются снаружи в виде металлического слоя.

Со временем небольшие отложения могут быть удалены при более поздних разрядах, но в других случаях новый слой станет самоукрепляющимся.

Как только это начинается, он потребляет литий, который можно было бы использовать в батарее, уменьшает пористость анода для проникновения других ионов лития и уменьшает площадь на аноде, которая может вступить в реакцию.

Это означает, что производительность аккумулятора снижается до такой степени, что это может замедлить ускорение электромобиля (EV) и сократить срок его службы. В некоторых случаях это может стать причиной короткого замыкания и возгорания.

Исследование того, как это исправить, с использованием высокоточного 3D-моделирования фазового поля с микроструктурным разрешением, было предпринято в сотрудничестве с британскими и американскими исследователями из ряда известных институтов – например, Массачусетского технологического института, Института Фарадея, Оксфорда и Пекинского института. Технологический институт и др.

Они обнаружили, что частицы, составляющие анод, не являются однородными и, следовательно, с большей или меньшей вероятностью легко интеркалируют или нет ионы лития.

Манипулирование частицами анода так, чтобы они были более однородными, а не хаотично распределенными, позволит обеспечить более гомогенную реакцию между ионами лития и анодом и предотвратить образование слоя лития в некоторых областях, но не в других, говорит Лу.

Однако это также довольно сложно.

Другое, более простое решение — изменить скорость работы зарядных устройств.

Исследование показало, что напряжение постоянного тока не подходит для быстрой зарядки из-за необходимости использования высокого тока.

Исследователи из других стран уже обсудили ряд различных вариантов, таких как импульсный ток, переменный ток, многоступенчатый постоянный ток или гибридный профиль, сочетающий различные режимы.

Авторы исследования утверждают, что для очень быстрой полной зарядки за 20 минут необходим период отдыха в течение 3 минут при уровне заряда 45 процентов (SOC) для электрода с реальной емкостью до 2 мАч/см2 (разрядная емкость на один заряд). единица площади).

Для электрода емкостью 3 мАч/см2 оптимальное время релаксации составляет 45 процентов SOC для 20-минутной зарядки, 30 процентов SOC для зарядки, которая занимает более медленные 30 минут, и 20 процентов SOC для зарядки, которая занимает 60 минут. минут.

Давая аккумулятору время «расслабиться», он дает аноду время для поглощения ионов лития, помогает в восстановлении, удаляя любой покрытый литием, который является обратимым, и уменьшает мгновенную потерю емкости, останавливая образование называется «мертвый литий».

Рэйчел Уильямсон — научный и деловой журналист, специализирующийся на проблемах здравоохранения и окружающей среды, связанных с изменением климата.