Li-Ion батареи деградируют и без подзарядки — ученые обнаружили это и нашли решение

Ученые из Научно-технологического Университета Пхоханя в Южной Корее обнаружили неизвестный ранее механизм деградации литий-ионных батарей в процессе их использования.

Исследовательская группа, в которую вошли Сеунгюн Чон и доктор Гукхюн Лим под руководством профессора Джихюна Хонга из Департамента инженерии аккумуляторов POSTECH совместно с группой ученых под руководством профессора Джонсуна Кима из Университета Сунгкюнкван обнаружили, что литий-ионные батареи, используемые в электромобилях, преимущественно имеют тройные никель-марганцево-кобальтовые катоды с повышенным содержанием никеля и минимальным содержанием более дорогого кобальта. Это позволяет уменьшить затраты на изготовление этих аккумуляторов, однако высокое содержание никеля сокращает общий срок службы батарей.

Уменьшение производительности литий-ионных батарей традиционно связывают с чрезмерным количеством циклов зарядки. Однако исследователи обнаружили неизвестный ранее цикл деградации, который происходит даже в условиях стабильного напряжения.

Ученые установили, что использование аккумулятора без подзарядки длительное время провоцирует на поверхности катода реакцию квазипреобразования. Входе этой реакции с поверхности катода выходит кислород и реагирует с литием, образуя оксид лития, особенно, когда низкий уровень заряда близок к 3,0 В. Оксид лития далее вступает в реакцию с электролитом, приводя к его разложению и образованию газообразных побочных продуктов, что способствует потере энергоэффективности батареи.

При этом подобные реакции имеют более серьезные последствия в катодах с высоким содержанием никеля. Исследователи выяснили, что в батареях, которые используются до полной разрядки, процессы деградации, включая отеки, проявляются более отчетливо.

Между тем ученые предлагают простое, но эффективное решение — оптимизацию использования аккумулятора и предотвращение полного разряда батареи. Проведенные эксперименты показали, что сильно разряженные аккумуляторы с высоким содержанием никеля (более 90%), что приводит к началу реакции квазиконверсии, сохраняли лишь 3,8% своей емкости после 250 циклов. В то же время батареи с контролируемым использованием сохраняли 73,4% своей емкости даже после 300 циклов.

Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Energy Materials

Источник: TechXplore