Ανακαλύφθηκε νέος αλγόριθμος φόρτισης που μπορεί να διπλασιάσει τη ζωή των μπαταριών ιόντων λιθίου

Ένας πρωτοποριακός αλγόριθμος φόρτισης που αναπτύχθηκε από μια συνεργατική ομάδα Ευρωπαίων επιστημόνων θα μπορούσε ενδεχομένως να διπλασιάσει τη διάρκεια ζωής των μπαταριών ιόντων λιθίου! Η νέα αυτή μέθοδος επινοήθηκε από ερευνητές του Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) και του Πανεπιστημίου Humboldt και φιλοδοξεί να μετριάσει τις επιπτώσεις που συνήθως παρατηρούνται στις μπαταρίες ιόντων λιθίου μετά τους επαναλαμβανόμενους κύκλους φόρτισης.

Παίρνοντας τα πράγματα από την αρχή, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν καθοριστική σημασία στις ζωές μας, αφού βρίσκονται σε αμέτρητες συσκευές, από smartphones και laptops μέχρι σε ηλεκτρικά οχήματα. Ωστόσο, η διάρκεια ζωής που μπορούν να προσφέρουν στις συσκευές αυτές υποβαθμίζεται σημαντικά με την πάροδο του χρόνου, καθώς οι ηλεκτρολύτες διασχίζουν ξανά και ξανά τη μεμβράνη που χωρίζει την άνοδο και την κάθοδο.

Το σημερινό βιομηχανικό πρότυπο για αυτές τις μπαταρίες χρησιμοποιεί έναν συνδυασμό ηλεκτροδίων NMC532 και γραφίτη, προσφέροντας μέγιστη διάρκεια ζωής περίπου οκτώ ετών. Παράλληλα, οι παραδοσιακές τεχνικές φόρτισης χρησιμοποιούν συνεχές ρεύμα, το οποίο έχει αποδειχθεί ότι επιδεινώνει τη φθορά των δομικών στοιχείων της μπαταρίας.

Η μελέτη αποκάλυψε ότι η συμβατική φόρτιση με συνεχές ρεύμα οδηγεί σε παχύτερη συσσώρευση στην διεπιφάνεια στερεού ηλεκτρολύτη (SEI) και αυξημένη θραύση εντός των δομών των ηλεκτροδίων. Για να λύσουν το πρόβλημα αυτό, οι ερευνητές επινόησαν ένα πρωτόκολλο φόρτισης με παλμικό ρεύμα (PC), το οποίο μετά από δοκιμές, έδειξε λεπτότερη SEI και μειωμένες δομικές αλλαγές στα ηλεκτρόδια.

Αξιοποιώντας τις προηγμένες εγκαταστάσεις BESSY II και PETRA III, η ομάδα παρατήρησε ότι η παλμική φόρτιση προωθεί μια πιο ομοιόμορφη κατανομή ιόντων λιθίου σε όλο τον γραφίτη. Η μέθοδος αυτή μειώνει τη μηχανική καταπόνηση και την επακόλουθη καταστροφή των σωματιδίων γραφίτη, ενισχύοντας έτσι τη δομική ακεραιότητα των ηλεκτροδίων. Το νέο πρωτόκολλο βοηθά επίσης στη διατήρηση της δομικής σταθερότητας της καθόδου NMC532.

Με απλά λόγια, η μπαταρία θα μπορούσε να αντέξει για πιο πολλά χρόνια χωρίς να πέφτει η απόδοσή της, αν φορτιζόταν με αυτόν τον τρόπο.

"Η μέθοδος παλμικής φόρτισης που εφαρμόζουμε δεν βελτιστοποιεί μόνο την κατανομή των ιόντων λιθίου, αλλά αυξάνει επίσης σημαντικά τη λειτουργική διάρκεια ζωής των μπαταριών", εξήγησε η Dr. Julia Kowal, καθηγήτρια στο TU Berlin και συν-συγγραφέας της μελέτης.

Οι ερευνητές αναμένουν ότι η καινοτομία αυτή θα μπορούσε να οδηγήσει σε βελτιωμένη σταθερότητα και μακροζωία των μπαταριών, με δυνατότητα διατήρησης έως και του 80% της χωρητικότητας της μπαταρίας ακόμη και μετά από εκτεταμένη χρήση!