Li-Ion батареї деградують й без заряджання — вчені виявили це та знайшли рішення

Вчені з Науково-технологічного Університету Пхоханю у Південній Кореї виявили невідомий раніше механізм деградації  літій-іонних батарей у процесі їхнього використання.

Дослідницька група, до якої увійшли Сеунгюн Чон і доктор Гукхюн Лім під керівництвом професора Джихюна Хонга з Департаменту інженерії акумуляторів POSTECH спільно з групою науковців під керівництвом професора Джонсуна Кіма з Університету Сунгкюнкван виявили, що літій-іонні батареї, що використовуються у електромобілях, переважно мають потрійні нікель-марганцево-кобальтові катоди із підвищеним вмістом нікелю і мінімальним вмістом більш дорогого кобальту. Це дозволяє зменшити витрати на виготовлення цих акумуляторів, однак високий вміст нікелю скорочує загальний термін служби батарей.

Зменшення продуктивності літій-іонних батарей традиційно пов’язують із надмірною кількістю циклів заряджання. Однак дослідники виявили невідомий раніше цикл деградації, який відбувається навіть за умов стабільної напруги.

Науковці встановили, що використання акумулятора без підзарядки тривалий час провокує на поверхні катода реакцію квазіперетворення. Вході цієї реакції із поверхні катода виходить кисень та реагує з літієм, утворюючи оксид літію, особливо, коли низький рівень заряду близький до 3,0 В. Оксид літію далі вступає в реакцію з електролітом, призводячи до його розкладання та утворення газоподібних побічних продуктів, що сприяє втраті енергоефективності батареї.

При цьому подібні реакції мають більш серйозні наслідки в катодах з високим вмістом нікелю. Дослідники з’ясували, що у батареях, які використовуються до повної розрядки, процеси деградації, включно із набряками, проявляються більш виразно.

Між тим науковці пропонують просте, але ефективне рішення — оптимізацію використання акумулятора та запобігання повному розряду батареї. Проведені експерименти продемонстрували, що сильно розряджені акумулятори із високим вмістом нікелю (понад 90%), що призводить до початку реакції квазіконверсії, зберігали лише 3,8% своєї ємності після 250 циклів. У той же час батареї із контрольованим використанням зберігали 73,4% своєї ємності навіть після 300 циклів.

Результати дослідження опубліковані у журналі Advanced Energy Materials

Джерело: TechXplore