Исследователи Стэнфордского университета выяснили, что лучший способ продлить срок службы литий-металлической аккумуляторной батареи для электромобиля — это разрядить ее и дать ей постоять несколько часов.
Исследование «Resting restores performance of discharged lithium-metal batteries» («Отдых восстанавливает производительность разряженных литий-металлических аккумуляторов»), опубликованное 7 февраля в журнале Nature, показало, что этот простой подход восстанавливает емкость аккумулятора и повышает общую производительность.
Один из ведущих авторов исследования, Вэньбо Чжан, аспирант Стэнфордского университета в области материаловедения и инженерии, сказал:
Мы искали самый простой, дешевый и быстрый способ улучшить срок службы литий-металлических аккумуляторов.
Мы обнаружили, что, поставляя аккумулятор в разряженном состоянии, можно восстановить потерянную емкость и увеличить срок службы.
Эти улучшения могут быть реализованы просто путем перепрограммирования программного обеспечения системы управления аккумулятором, без дополнительных затрат или изменений в оборудовании, материалах или производственном процессе.
Результаты исследования могут предоставить производителям электромобилей практические рекомендации по адаптации литий-металлической технологии к реальным условиям эксплуатации.
Литий-металл против литий-иона
Литий-металлические аккумуляторы могут удвоить запас хода электромобилей, но они быстро теряют свою энергоемкость всего после нескольких циклов зарядки и разрядки, делая их бесполезными для повседневного использования.
Обычный литий-ионный аккумулятор состоит из двух электродов – графитового анода и катода из оксида лития-металла, разделенных жидким или твердым электролитом, который переносит ионы лития туда и обратно.
В литий-металлическом аккумуляторе графитовый анод заменен литием-металлом, осажденным электролитическим способом, что позволяет ему хранить в два раза больше энергии, чем литий-ионный аккумулятор, в том же объеме. Литий-металлический анод также весит меньше, чем графитовый анод, что очень важно для электромобилей. Литий-металлические аккумуляторы могут хранить как минимум на треть больше энергии на единицу веса, чем литий-ионные аккумуляторы.
Когда литий-металлический аккумулятор разряжается, микроскопические частицы лития-металла изолируются и застревают в твердом электролитном межфазном слое (SEI). Эта губчатая матрица образуется на границе анода и электролита.
«Матрица SEI — это, по сути, разложившийся электролит», — пояснил Чжан. «Она окружает изолированные частицы лития-металла, отслоившиеся от анода, и препятствует их участию в каких-либо электрохимических реакциях. Поэтому мы считаем изолированный литий «мертвым».
Многократная зарядка и разрядка приводит к накоплению дополнительного «мертвого» лития, что вызывает быструю потерю емкости аккумулятора. Таким образом, электромобиль с литий-металлическим аккумулятором терял бы запас хода гораздо быстрее, чем электромобиль с литий-ионным аккумулятором.
Разрядите его и дайте ему постоять
Предыдущие исследования в Стэнфорде показали, что матрица SEI начинает растворяться, когда аккумулятор находится в режиме ожидания. Основываясь на этом открытии, исследователи, проводившие это исследование, решили посмотреть, что произойдет, если аккумулятору дать отдохнуть в разряженном состоянии.
Они полностью разрядили аккумулятор, так что через него не проходил ток, и обнаружили, что если аккумулятор постоял в разряженном состоянии всего час, некоторая часть матрицы SEI, окружающая «мертвый» литий, растворяется.
Когда литий-металлический аккумулятор перезаряжается, «мертвый» литий восстановит связь с анодом, поскольку на пути будет меньше твердой массы. Восстановление связи с анодом «оживляет» «мертвый» литий, позволяя аккумулятору генерировать больше энергии и продлевая срок его службы.
Исследовательская группа изначально считала, что потеря энергии необратима, но с помощью покадровой видеомикроскопии они обнаружили, что потерянную емкость можно восстановить, просто дав разряженному аккумулятору отдохнуть.
Применение в реальной жизни
Среднестатистический водитель в США проводит за рулем около часа в день, поэтому дать автомобильному аккумулятору отдохнуть несколько часов вполне возможно.
Типичный электромобиль может иметь 4000 аккумуляторов, расположенных в модулях, управляемых системой управления аккумулятором. В литий-металлическом аккумуляторе существующая система управления может быть запрограммирована на полное разряжение отдельного модуля, так что у него не останется емкости.
Чжан сказал:
Вы можете внедрить наш протокол так же быстро, как пишете код системы управления аккумулятором.
Мы считаем, что в определенных типах литий-металлических аккумуляторов простое пребывание в разряженном состоянии может значительно увеличить срок службы электромобилей.
Читайте также: Исследователи добились сверхбыстрой и безопасной зарядки литий-ионных аккумуляторов
Если вы живете в районе, где часто случаются стихийные бедствия, и хотите сделать свой дом более устойчивым к отключениям электроэнергии, рассмотрите возможность установки солнечных батарей и системы хранения энергии. Чтобы найти надежного и заслуживающего доверия установщика солнечных батарей рядом с вами, предлагающего конкурентоспособные цены, ознакомьтесь с EnergySage — бесплатным сервисом, который позволяет легко установить солнечные батареи. У них есть сотни проверенных установщиков солнечных батарей, конкурирующих за ваш бизнес, что гарантирует вам высококачественные решения и экономию 20-30% по сравнению с самостоятельной установкой. Кроме того, услуга бесплатна, и вы не будете получать звонки от продавцов, пока не выберете установщика и не поделитесь с ним своим номером телефона.
Ваши персонализированные предложения по солнечным батареям легко сравнить онлайн, и вы получите доступ к непредвзятым консультантам по энергоснабжению, которые помогут вам на каждом этапе. Начните здесь. – реклама*
Лучший комментарий от Коннора Полла
Понравилось 11 людям
Мне хотелось бы узнать, восстанавливается ли *вся* производительность или все же остаются потери / насколько значительно продлевается срок службы аккумуляторов. Звучит очень многообещающе.
Посмотреть все комментарии