Исследователи нашли причину трудностей быстрой зарядки аккумуляторов электромобилей

Исследователи Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) занимались выявлением причин, которые вызывают ухудшение характеристик быстро заряжаемых литий-ионных аккумуляторов в электромобилях. Учёным удалось обнаружить необычное поведение одной из клемм аккумуляторной батареи в процессе зарядки и разрядки.

Когда аккумулятор заряжается слишком быстро, то процесс интеркаляции становится более сложной задачей. Вместо плавного проникновения в графит ионы лития агрегируются на поверхности анода. Это приводит к эффекту «металлизации» и повреждению аккумуляторной батареи.

Автор исследования — Дэниел Абрахам (Daniel Abraham) говорит, что одной из основных причин ухудшения характеристик аккумулятора во время быстрой зарядки является металлизация поверхности анода. Внутри пор графитового электрода накапливаются продукты реакции. При этом анод меняет геометрические размеры (необратимо расширяется). Это приводит к ухудшению характеристик батареи.

Абрахам его коллеги обнаружили ещё одно заметное изменение в частицах графита, которое они наблюдали с использованием метода под названием сканирующая электронная нанодифракция. На краях частиц решётка атомов графита искажается при повторяющейся быстрой зарядке. Это препятствует процессу интеркаляции ионов лития. Исследователи говорят, что они наблюдали искривление атомной сети в графите. В результате этого ионы не могут найти своё место внутри решётки и ложатся прямо на частицы.

Чем быстрее производится заряд аккумулятора, тем более атомарно неупорядоченным становится анод, говорит Абрахам. В конечном итоге ионы лития из электролита не могут двигаться ни в одном, ни в другом направлении. По мнению исследователей, решение проблемы кроется в поиске способов изменения частиц графита для более эффективной интеркаляции ионов лития. Второй путь заключается в том, чтобы предотвратить искривление атомной сети графита. Результаты исследования и выводы можно посмотреть по ссылке.