Вредна ли быстрая зарядка для аккумулятора?
Новое изучение продемонстрировало, что стремительная зарядка литий-ионной батареи, а после этого ее весьма стремительная разрядка смогут быть не такими разрушительными как считалось ранее.
И сейчас выглядит так, что плюсы медленной зарядки и разрядки были переоценены. Изучение было проведенно учеными из Стэнфордского Института и Университета Материаловедения И Энергетики Стэнфорда (Stanford Institute for Materials & Energy Sciences — SIMES) в Отделении Энергетики Национальной Лаборатории Ускорителей (DOE at SLAC National Accelerator Laboratory, которая занимается разработкой ускорителей элементарных частиц) при содействии сотрудников из Сандийской Национальной Лаборатории (Sandia National Laboratories), Американского отделения Технологического Университета Samsung (Samsung Advanced Institute of Technology America) и Национальной Лаборатории Лоуренса Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory).
Результаты опровергают превалирующее вывод что сверхбыстрая зарядка батарей очень плохо отражается на состоянии электродов в сравнении с зарядкой с меньшей скоростью. К тому же, возможно, ученным удастся модифицировать электроды либо способ зарядки батарей для обеспечения более зарядки батарей и равномерного процесса разрядки и продлению срока их работы.
«Процессы, происходящие на электродах в ходе зарядки и разрядки являются одними из многих факторов, определяющих срок работы батареи, но до данного изучения эти процессы не были досконально изучены. Мы перешли на новый уровень понимания деградации особенностей батареи», — говорит ведущий создатель изучения Вильям Чу (William Chueh) из SIMES.
Он утвержает, что данные исследований смогут быть применены конкретно для модификации на данный момент устанавливаемых в литий-ионные аккумуляторная батареи оксидных и графитовых электродов. И, по крайней мере, половины тех, что находятся на данный момент в разработке.
Весьма серьёзным источником износа батарей помогают усадка и набухание негативного и хорошего электродов по мере того, как они адсорбируют и высвобождают ионы электролита на протяжении зарядки и разрядки.
На протяжении изучений ученные проводили наблюдения за литий-железо-фосфатным катодом. В случае если большая часть либо все наночастицы материала участвуют в ходе зарадки и разрядки, то они абсорбируют и высвобождают ионы более мягко и равномерно. Но, в случае если лишь маленький процент частиц материала участвует в процессах, они имеют тенденцию к разрушению и быстрому распаду, снижая производительность батареи.
Прошлые изучения привели к противоречащим взглядам на то, как ведут себя наночастицы материала катода. Чтобы копнуть глубже, ученные создали маленькие, размером с монету, батареи, зарядили их применяя длительности процесса и разные сочетания напряжения зарядки, по окончании чего скоро разобрали и промыли компоненты для остановки процессов зарядки/разрядки. После этого они разрезали электроды на очень узкие слои и в лаборатории Беркли подвергли их интенсивному рентгеновскому излучению на синхротроне Advanced Light Source, расположенном в центре прикладных изучений одного из отделений DOE.
Снимок сделан рентгеновским микроскопом и на нем отображены наночастицы в середине процесса зарядки. Цвет частиц соответствует уровню заряда: всецело заряженные – зеленые, в ходе зарядки – желтые, всецело разряженные – красные. Протяженность шкалы масштаба – 500 нм.
Фото сделано в SLAC National Accelerator Laboratory.
«Нам удалось заметить тысячи наночастиц электрода одновременно и сделать их снимки на различных этапах разрядки и процессов зарядки. Данное изучение есть первой последовательной работой, совершённой с применение совсем разрядки и процессов разных стадий зарядки», — говорит один из ведущих исследователей Йиянг Ли (Yiyang Li).
Разбирая эти с применением модели, созданной в Массачуссетском Технологическом Университете, исследователи поняли, что только малая часть наночастиц поглащает и высвобождает ионы в ходе разрядки, кроме того в то время, когда это делает с громадной скоростью. Но, в случае если скорость зарядки превышает некую определенную величину, все больше частиц становятся задействоваными в ходе, переходя в более равномерный и менее разрушительный режим. Это предполагает, что ученным удастся улучшить материал электродов либо процесс с целью достижения громадных разрядки и скоростей зарядки, наряду с этим сохранив продолжительность срока работы батарей.
Само собой разумеется, пока что это лабораторные результаты и лишь от одного типа батарей, однако они весьма обнадеживают и говорят о том, что не все так не хорошо как казалось.
Сейчас похоже, что смена аккумуляторная батарей так и не станет мейнстримом для обладателей электромобилей, без оглядки на то, что Tesla предусмотрела такую опцию на собственных авто. А вот стремительная зарядка может стать крайне важным элементом для дальних поездок. Как правило, электромобили будут заряжаться ночью и не потребуют дополнительной подзарядки, но в тех случаях в то время, когда вам нужно проехать дальше, чем разрешает емкость автомобильного аккумулятора, иметь батареи, каковые смогут принять большое количество мощности в течение маленького промежутка времени и без какого именно или ущерба, может стать крайне важным.
Следующим шагом изучения, по словам Ли, будет пропускание электродов через разрядки циклов и тысячи зарядки подряд для иммитации повседневного применения. Ученные так же сохраняют надежду взять снимки батареи конкретно в ходе, не останавливая его и не разбирая аккумулятор на части.
по данным: engineering.stanford.edu