Najnowsze badania amerykańskich naukowców wskazują, że sposób, w jaki baterie litowo-jonowe są ładowane po raz pierwszy, może mieć kluczowe znaczenie dla ich długowieczności. Przełomowe odkrycie, opublikowane przez zespół badawczy z Uniwersytetu Stanforda we współpracy z akceleratorem cząstek SLAC oraz Instytutem Badawczym Toyoty (TRI), sugeruje, że szybkie ładowanie podczas pierwszego cyklu może znacznie wydłużyć żywotność baterii.
Decydujący pierwszy cykl
Jak wskazują wyniki badań, które prowadził Will Chueh z Uniwersytetu Stanforda, obecna praktyka producentów baterii litowo-jonowych może być suboptymalna. Zazwyczaj baterie te są ładowane w fabryce zanim trafią do użytkowników końcowych, jednak badania wskazują, że to podejście może nie sprzyjać długowieczności baterii. Chueh i jego zespół odkryli, że żywotność baterii jest znacznie dłuższa, jeśli podczas pierwszego ładowania stosuje się bardzo wysokie prądy.
Technologia w służbie transformacji energetycznej
W badaniach kluczową rolę odegrał akcelerator cząstek SLAC, dostarczający wysokoenergetycznych promieni rentgenowskich. Pozwoliło to naukowcom na obserwację najmniejszych struktur wewnętrznych baterii, co z kolei umożliwiło lepsze zrozumienie procesów zachodzących podczas ładowania. „Przechodzimy przez prawdziwe wyzwanie, przed którym stoi branża” – stwierdził Chueh, podkreślając, jak ważne jest, aby nauka o produkcji przyczyniła się do bardziej przystępnych cenowo technologii transformacji energetycznej.
Sekret długowieczności: interfazja elektrolitu stałego (SEI)
Podczas ładowania baterii litowo-jonowych jony litu migrują między elektrodą ujemną a dodatnią, co jest kluczowe dla ich działania. Jednak przy każdym cyklu ładowania/rozładowania część litu jest dezaktywowana, co skraca żywotność baterii. Xiao Cui, główny badacz zespołu IT baterii w laboratorium Chueh, zwraca uwagę na kluczowy element tego procesu: interfazję elektrolitu stałego (SEI). Ta warstwa, tworząca się podczas pierwszego ładowania, chroni ujemną elektrodę grafitową przed reakcjami ubocznymi, które mogłyby przyspieszyć starzenie się baterii.
Paradoksalna strategia: kontrolowana strata litu
Interesującym aspektem odkrycia jest to, że celowe wywołanie pewnych strat litu podczas pierwszego ładowania może przynieść długofalowe korzyści. Straty te, choć wydają się niekorzystne, przyczyniają się do powstania ochronnej warstwy SEI. Naukowcy twierdzą, że zastosowanie tej strategii może wydłużyć żywotność baterii nawet o 50%.
Znaczenie dla przyszłości technologii akumulatorowych
Odkrycie to może mieć istotne konsekwencje dla przemysłu baterii litowo-jonowych, który znajduje zastosowanie nie tylko w smartfonach, ale również w coraz popularniejszych pojazdach elektrycznych. Jeśli producenci zaczną stosować szybkie ładowanie już w fazie produkcji, możliwe, że nowoczesne baterie będą bardziej trwałe i efektywne, co jest kluczowe w kontekście rosnącego zapotrzebowania na technologie przyjazne środowisku.
Badania zespołu z Uniwersytetu Stanforda rzucają nowe światło na potencjalne usprawnienia w procesie produkcji baterii, które mogą przynieść korzyści zarówno konsumentom, jak i środowisku. Zrozumienie, jak pierwszy cykl ładowania wpływa na baterie, otwiera drogę do dalszych innowacji, które mogą zrewolucjonizować rynek akumulatorów.
