新的充电算法可将锂离子电池的寿命延长一倍

2024年04月17日 03:59 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

尽管锂离子电池是储存和输送电能最实用、最有效的技术之一,但它的局限性已经开始显现。科学家们正在寻找替代材料和储能解决方案,但研究人员现在表示,他们可以让锂离子电池更好地长时间工作。

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柏林亥姆霍兹中心(HZB)和柏林洪堡大学的一个欧洲研究小组开发出一种替代充电方案,使锂离子电池的寿命比现在更长。研究结果表明,通过改变充电器向电解质材料输送电流的方式,电池在经过数百次放电-充电循环后仍能保持较高的能量容量。

锂离子电池是一种结构紧凑、坚固耐用的能源容器,已成为人们的宠儿。电动汽车和电子设备都依赖于它们,但随着电解质穿过分隔阳极和阴极的薄膜,它们的容量会逐渐降低。目前最好的商业级锂离子电池使用的电极由一种名为 NMC532 的化合物和石墨制成,使用寿命长达 8 年。

传统的充电方式是使用恒定电流(CC)的外部电能。研究分析了使用 CC 充电时电池样品的情况,发现阳极的固体电解质界面(SEI)"明显变厚"。此外,他们还在 NMC532 和石墨电极结构中发现了更多裂纹。

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较厚的 SEI 和电极上较多的裂缝意味着锂离子电池容量的显著损失。因此,研究人员开发了一种基于脉冲电流(PC)的充电协议。使用新的 PC 协议对电池充电后,研究小组发现 SEI 接口变薄了很多,电极材料发生的结构变化也更少。

研究小组利用欧洲两个领先的粒子加速同步加速器设施"BESSY II"和"PETRA III"进行了脉冲电流充电实验。他们发现,PC 充电可促进石墨中锂离子的"均匀分布",从而减少石墨颗粒中的机械应力和裂纹。该方案还能抑制 NMC532 阴极的结构退化。

研究表明,方波电流的高频脉冲效果最好。测试表明,PC 充电可使商用锂离子电池的使用寿命延长一倍,容量保持率达到 80%。

这项研究的共同作者、柏林工业大学教授 Julia Kowal 博士说:"脉冲充电可以在电极材料和界面的稳定性方面带来许多优势,并大大延长电池的使用寿命。"

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