Unatoč tome što su jedna od najpraktičnijih i najučinkovitijih tehnologija za pohranu i isporuku električne energije, litij-ionske baterije počele su pokazivati svoje granice. Znanstvenici traže alternativne materijale i rješenja za pohranu energije, ali istraživači sada kažu da mogu učiniti da litij-ionske baterije rade bolje i dulje.
Tim europskih istraživača iz Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) i Sveučilišta Humboldt u Berlinu razvio je alternativno rješenje za punjenje kako bi litij-ionske baterije trajale puno dulje nego sada. Studija pokazuje da baterije postaju otpornije i zadržavaju veći energetski kapacitet nakon stotina ciklusa pražnjenja i punjenja mijenjanjem načina na koji punjač isporučuje struju elektrolitskim materijalima.
Litij-ionske baterije su kompaktni, robusni spremnici energije koji su postali sveprisutni. Električna vozila i elektronički uređaji oslanjaju se na njih, ali njihov kapacitet postupno opada kako elektroliti prolaze kroz membranu koja odvaja anodu i katodu. Najbolje dostupne litij-ionske baterije komercijalne kvalitete koriste elektrode izrađene od spoja poznatog kao NMC532 i grafita, a pružaju radni vijek do 8 godina.
Konvencionalno punjenje koristi konstantnu struju (CC) vanjske električne energije. Studija je analizirala što se dogodilo s uzorcima baterija pri korištenju CC punjenja i otkrila da je sučelje čvrstog elektrolita (SEI) anode “znatno deblje”. Nadalje, pronašli su više pukotina u strukturama NMC532 i grafitnih elektroda.
Deblji SEI i više pukotina na elektrodama znače značajan gubitak kapaciteta za litij-ionske baterije. Stoga su istraživači razvili protokol punjenja temeljen na pulsirajućoj struji (PC). Nakon punjenja baterija s novim PC protokolom, tim je otkrio da je SEI sučelje mnogo tanje, a materijali elektroda su podvrgnuti manje strukturnih promjena.
Tim je koristio dva vodeća europska sinkrotronska postrojenja za ubrzavanje čestica, “BESSY II” i “PETRA III,” za izvođenje eksperimenata punjenja pulsnom strujom. Otkrili su da punjenje PC-a potiče “homogenu distribuciju” litijevih iona u grafitu, što smanjuje mehanički stres i pucanje u česticama grafita. Protokol također može suzbiti strukturnu degradaciju u NMC532 katodi.
Studija pokazuje da je visokofrekventno pulsiranje pravokutnom strujom dalo najbolje rezultate. Testovi pokazuju da punjenje putem računala može udvostručiti životni vijek komercijalnih li-ion baterija uz zadržavanje kapaciteta od 80 posto.
“Pulsno punjenje moglo bi donijeti mnoge prednosti u pogledu stabilnosti materijala elektroda i sučelja te značajno produžiti životni vijek baterija”, rekla je profesorica TU Berlin dr. Julia Kowal, koautorica studije.
