Egy nemzetközi kutatócsoport arra jutott, hogy az általuk továbbfejlesztett töltési protokoll jelentősen meghosszabbíthatja a lítium-ion akkumulátorok élettartamát, csökkentve a töltés közbeni öregedés hatásait.
A jelenlegi protokoll szerint állandó áramú töltést kell biztosítani az akkumulátoroknak. A Philipp Adelhelm (Berlini Helmholtz Központ és Humboldt Egyetem) által vezetett csoport a Berlini Műszaki Egyetemmel és a dániai Aalborg Egyetemmel együttműködésben végzett tanulmánya azonban kimutatta, hogy nem ez a legjobb módszer. Az Advanced Energy Materials című folyóiratban megjelent tanulmány a töltési protokollnak az akkumulátor élettartamára gyakorolt hatását elemzi.
Az Electrive cikke alapján a projekt részeként a kutatók a kereskedelemben kapható NMC532-es cellákat elemezték grafit anóddal. A katódban a nikkel, mangán és kobalt vegyületeit 5:3:2 arányban keverték a lítiumhoz. Jelenleg sok elektromos autó ilyen keverékkel közlekedik, bár az új autóknál a mostanában az NMC811 felé mozdulnak a gyártók.
A tesztek egy részét az Aalborg Egyetemen végezték. Az akkumulátorok egy részét hagyományos módon, állandó árammal (CC), másik részét egy új töltési protokollal, impulzus árammal (PC) töltötték. A cellákat ezután szétszedték és megvizsgálták, ezek pedig a kutatók szerint „egyértelmű különbségeket” mutattak. Például az állandó árammal töltött mintákon az anódnál a szilárd elektrolit határfelülete (SEI) jelentősen vastagabb volt, ami rontotta a kapacitást. Emellett a csapat több repedést talált az NMC532 és a grafitelektródák szerkezetében, ami szintén hozzájárult a kapacitásvesztéshez. Ezzel szemben a PC-töltés vékonyabb SEI-felületet és kevesebb szerkezeti változást eredményezett az elektródaanyagokban.
Ezeket a kezdeti megfigyeléseket további vizsgálatokkal részletesebben is elemezték. Yaolin Xu kutató a Helmholtz Központban található „BESSY II”-ben, egy 240 méter hosszú gyűrűs elektrongyorsítóban operando Raman-spektroszkópiával és dilatometriával, valamint röntgenabszorpciós spektroszkópiával vizsgálta a cellákat. Ez lehetővé tette számára, hogy elemezze, mi történik a különböző protokollok szerinti terhelés során. További kísérleteket végeztek a PETRA III szinkrotronsugárzóban*.
A kutató szerint a nagyfrekvenciás impulzusárammal történő töltés csökkenti az öregedési hatásokat. A kutatócsoportok azonban felhívják rá a figyelmet, hogy ez az impulzusáram frekvenciájától is függ. A nagyfrekvenciás impulzusárammal végzett töltési protokollok a kereskedelmi forgalomban kapható lítium-ion akkumulátorok élettartamát hosszabbítják meg leginkább, akár megduplázva a ciklusidőt (80 százalékos kapacitásmegmaradás mellett). Julia Kowal társszerző, a TU Berlin elektromos energiatárolási technológia szakértője hangsúlyozta: „Az impulzusos töltés számos előnnyel járhat az elektródaanyagok és a határfelületek stabilitása szempontjából, és jelentősen meghosszabbíthatja az akkumulátorok élettartamát.”
* A Hamburgban található DESY intézet PETRA III gyorsítógyűrűje széles nemzetközi multidiszciplináris felhasználói közösséget szolgál ki az akadémiától az iparig, jelenleg 25 speciális sugárvonalon.
Kép forrása: EV connect