تیمی از محققان روش جدیدی برای شارژ باتری‌های لیتیوم یونی کشف کرده‌اند که می‌تواند طول عمر باتری را تا حد زیادی افزایش دهد. این روش جدید که به‌عنوان «شارژ جریان پالسی» شناخته می‌شود، می‌تواند مدت‌زمانی که طی آن سلامت باتری به 80 می‌رسد را دو برابر بیشتر کند.

باتری‌های لیتیوم یونی مخازن انرژی فشرده و قوی هستند که در دستگاه‌های زیادی – از خودروهای برقی گرفته تا دستگاه‌های الکترونیکی – وجود دارند؛ اما ظرفیت آن‌ها با عبور الکترولیت‌ها از غشایی که آند و کاتد را جدا می‌کند، کاهش می‌یابد. بهترین باتری‌های لیتیوم یون تجاری موجود از الکترودهای ساخته‌شده از ترکیبی به‌ نام NMC532 و گرافیت استفاده می‌کنند و عمر مفید آن‌ها حداکثر به 8 سال می‌رسد.

افزایش عمر باتری‌ها با یک الگوریتم شارژ جدید

شارژ معمولی از جریان ثابت (CC) انرژی الکتریکی استفاده می‌کند. محققان در مطالعه خود اتفاقی را که برای باتری‌ها در هنگام استفاده از CC رخ می‌دهد، تجزیه‌و‌تحلیل کرده‌اند و می‌گویند که رابط الکترولیت جامد آند (SEI) «به‌طور قابل‌توجهی ضخیم‌تر هستند». علاوه‌براین، آن‌ها در ساختار NMC532 و الکترود گرافیت ترک‌های بیشتری پیدا کردند.

ضخامت بیشتر برای SEI و وجود ترک‌های بیشتر در الکترودها به‌معنی ازدست‌رفتن قابل‌توجه ظرفیت باتری‌هاست؛ پس محققان یک پروتکل شارژ براساس جریان پالسی (PC) توسعه داده‌اند. آن‌ها پس از شارژ باتری‌ها با این پروتکل جدید، متوجه شدند که رابط SEI بسیار نازک‌تر است و مواد الکترود تغییرات ساختاری کمتری پیدا می‌کند. آن‌ها همچنین متوجه شدند که شارژ PC باعث «توزیع همگن» یون‌های لیتیوم در گرافیت می‌شود که این امر نیز استرس مکانیکی و ترک‌خوردگی ذرات آن را کمتر می‌کند. این پروتکل همچنین می‌تواند تخریب ساختاری کاتد NMC532 را سرکوب می‌کند.

آزمایش‌های دانشمندان نشان می‌دهد که پروتکل شارژ PC می‌تواند طول عمر باتری‌های لیتیوم یون تجاری را با حفظ ظرفیت 80 درصدی، دو برابر کند. دکتر «جولیا کوال»، استاد دانشگاه برلین و یکی از نویسندگان این مطالعه که در ژورنال Advanced Energy Materials منتشر شده است، او میگوید :

«شارژ پالسی می‌تواند مزایای زیادی از نظر پایداری مواد الکترود و رابط‌ها داشته باشد و به‌طور قابل‌توجهی طول عمر باتری‌ها را افزایش دهد.»

خبرکاو