Новое открытие помогает аккумуляторам заряжаться быстрее и служить дольше

Ученые из Брукхейвенской исследовательской лаборатории Министерства энергетики США обнаружили странное явление в литий-ионных аккумуляторах — самом популярном типе аккумуляторов, в настоящее время используемых для питания телефонов и электромобилей, — что открывает перспективу создания аккумуляторов, которые заряжаются быстрее и имеют более длительный срок службы.

Последние исследования показывают, что при подаче тока аккумуляторами плотность лития внутри мельчайших частиц может в определённый момент изменить знак, а не постоянно увеличиваться. Это большой шаг вперёд в увеличении срока службы аккумуляторов в потребительской электронике. Открытие опубликовано в научном журнале Science Advances.

Иллюстрация фото.

В настоящее время ограниченная ёмкость аккумуляторов вынуждает пользователей телефонов заряжать их каждый день. Однако это новое открытие может привести к разработке аккумуляторов, которые заряжаются быстрее и служат дольше. Внутри каждого литий-ионного аккумулятора находятся частицы, атомы которых расположены в решётке — периодической структуре с промежутками между атомами.

Когда литий-ионный аккумулятор вырабатывает электричество, ионы лития занимают пустые места в этой атомной решётке. Ранее учёные считали, что плотность лития в этой решётке будет непрерывно увеличиваться. На самом деле, это неверно, поскольку электричество в аккумуляторе генерируется из очень маленьких частиц.

Описанное выше явление похоже на то, как при погружении губки в воду общая плотность лития в микроскопических частицах непрерывно увеличивается. Однако, в отличие от воды, литий может свободно перемещаться из некоторых областей, что приводит к неравномерному распределению плотности лития по атомной решётке.

Ученые объясняют, что неравномерная миграция лития со временем может привести к негативным последствиям, вызывая перегрев аккумулятора во время работы. До попадания лития в решетку его структура однородна. Однако литий растягивает решетку при попадании и вызывает ее сжатие при выходе.

Таким образом, каждая зарядка изнашивает аккумулятор и нагружает его активные компоненты, что со временем приводит к деградации аккумулятора. Поэтому важно понимать, как плотность лития влияет как на пространство, так и на время.

Хотя исследование было сосредоточено только на литий-ионных аккумуляторах, ученые полагают, что подобное явление может наблюдаться и в других высокопроизводительных аккумуляторах.