Изследователи от университета в Кеймбридж измислиха изненадващо прост начин за удължаване на живота на батериите на електрически превозни средства: чрез поддържане на правилно изчислено, постоянно налягане, без да променят химичния състав.
Проучването, публикувано в списание Nature Energy, предлага алтернативен подход към традиционните опити за подобряване на батериите чрез промяна на химичния им състав. Вместо да разработват нови материали или електролити, учените се фокусират върху механиката на литиево-йонните клетки.
По време на зареждане и разреждане тези батерии физически се разширяват и свиват – процес, който авторите оприличават на „дишане”. С течение на времето цикличните деформации водят до деградация на клетъчната структура.
За да проучи този ефект, екипът създава експериментална установка, в която литиево-йонните клетки са подложени на стабилно налягане с помощта на пневматични „мехове”, като едновременно с това записват микроскопичните промени в дебелината на батерията по време на работа.
Основният резултат е неочакван: при налягане около 12,5 бара (приблизително 181 psi), животът на батерията се увеличава близо 2 пъти в сравнение с образци, работещи при по-ниско или по-високо налягане.
Ефектът обаче е нелинеен. Изследователите откриват „оптимална зона”: недостатъчното налягане ускорява напукването на катода, докато прекомерното налягане инициира образуване на литиеви отлагания върху анода, което също намалява живота на батерията и може да представлява риск за безопасността.
С други думи, няма пропорционална зависимост „колкото по-високо е налягането, толкова по-добре”, а по-скоро строго контролиран диапазон от условия, за да се получи полезният ефект.
От гледна точка на физиката, налягането стабилизира вътрешната структура на батерията, намалявайки разрушителните ефекти от нейното циклично разширяване и свиване. С напредване на възрастта на батерията обаче геометрията ѝ се променя, така че системата за налягане трябва да се адаптира динамично, за да поддържа оптимални условия.
Учените подчертават, че изследването в момента е на лабораторен етап и технологията не е готова за незабавно внедряване в производствени електрически превозни средства.
Основната цел на следващия етап е да се разработят инженерни решения, които позволяват мащабируемо управление на налягането за цели батерийни пакети.
Въпреки, че е на ранен етап, методът вече е получила патентна защита чрез Cambridge Enterprise като алтернативен подход за разработката на технологии за батерии: вместо да се усложнява химията, да се оптимизира механиката на работа.
