Учёные провели новое исследование по ускорению заряда литий-ионных аккумуляторов для электромобилей

Международная команда учёных из Великобритании и США под руководством доктора Сюекун Лу (Xuekun Lu) из Лондонского университета королевы Марии провела исследование, в результате которого был найден способ предотвратить образование литиевых покрытий в аккумуляторах электромобилей. Это дает возможность сократить время зарядки аккумуляторных батарей. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Литиевое покрытие является распространенным явлением, которое возникает в литий-ионных аккумуляторах во время быстрой зарядки. Оно заключается в том, что ионы лития накапливаются на поверхности отрицательного электрода вместо того, чтобы интеркалироваться в него. В результате образуется слой металлического лития, который продолжает расти. Это может повредить аккумулятор и сократить срок его службы. Кроме того, это может вызвать короткое замыкание, приводящее к воспламенению и взрыву.

Доктор Сюэкун Лу поясняет, что литиевое покрытие можно существенно уменьшить за счёт оптимизации микроструктуры графитового отрицательного электрода. Он состоит из хаотично распределённых мелких частиц. Чтобы подавить образование литиевого покрытия и улучшить производительность аккумулятора, следует провести тонкую настройку морфологии частиц и электрода. Это обеспечит гомогенную реакционную активность и снижение локального насыщения литием.

Лу, считает, что проведённое исследование продемонстрировало  отличие механизмов литирования частиц графита в разных условиях. Процесс зависит от морфологии поверхности частиц, их формы, размеры и ориентации. Все перечисленные параметры, по мнению учёных, влияют на распределение лития и склонность к образованию. Лу с коллегами использовали новаторскую 3D модель аккумулятора, по которой определяли, где и как начинает образовываться литиевое покрытие, а также скорость его роста. Этот существенный прорыв может оказать серьёзное влияние на будущее развитие аккумуляторов электромобилей.

Проведённые исследования дают новое представление о разработке модернизированных протоколов быстрой зарядки. Исследователи считают, что процесс быстрой зарядки можно улучшить за счёт понимания физических процессов перераспределения лития внутри частиц графита во время быстрой зарядки. Эти знания сделают процесс заряда литий-ионных аккумуляторов более эффективным. Риск образования литиевого покрытия при этом будет минимальным.

Помимо ускорения процесса заряда, исследование показало улучшение микроструктуры графитового электрода. Это обеспечивает более высокую энергетическую плотность аккумулятора. В результате электромобиль сможет получить больший запас хода. Проведенная работа является существенным шагом вперед в создании более быстрых, безопасных и долговечных аккумуляторов для электромобилей. Это сделает электрический транспорт более привлекательным для покупателей.