هل تريد أن تدوم بطاريات أيونات الليثيوم؟ قد لا يكون الشحن البطيء هو الحل

بحث جديد من قبل فريق مقره كاليفورنيا يمكن أن يغير طريقة شحن بطاريات أيونات الليثيوم في الإلكترونيات الاستهلاكية المنتجات والسيارات الكهربائية ، مما يؤدي إلى عمر أطول والبطاريات الأكثر فائدة.

هذا العمل ، الذي نشر يوم الأحد في مجلة Nature Materials ، يتحدى المفهوم الشائع أن شحن البطارية ببطء يساعد على إطالة عمرها وإلحاق الضرر بالبطارية إذا تم سحب كمية كبيرة من الطاقة في وقت قصير.

"كنا نفكر دائمًا في البطارية كجهاز [منفرد] ، ولكن داخل بطارية أي فون هناك بضعة تريليونات من الجسيمات" ، قال ويليام شويه ، مؤلف كبير من ورقة وباحث في معهد ستانفورد للمواد وعلوم الطاقة ، في مقابلة.

[اقرأ المزيد: أفضل هواتف أندرويد لكل ميزانية. ]

مختبر مسرع الوطني SLAC

جهاز يستخدم لشحن بطاريات خلية الليثيوم أيون بمعدلات مختلفة مع مستويات مختلفة من التيار في معهد ستانفورد لعلوم وهندسة المواد (SIMES).

"نحن ، وقال المجتمع العلمي ، وقد تم النظر في المستوى الكلي ، في كيفية سلوك البطارية بأكملها ، ولكن بحثنا يبحث في الجسيمات الفردية للتوصل إلى نموذج لطريقة عمله ، ". تسارع في مختبر التعجيل الوطني التابع لوزارة الطاقة في مينلو بارك لمراقبة الطريقة التي تتصرف بها الجسيمات النانوية الفردية عند شحن البطارية وتفريغها. إنها المرة الأولى التي يتم فيها ملاحظة وتسجيل مثل هذه التفاصيل.

بدلاً من توزيع التيار الكهربائي بشكل متساوٍ حتى يتم شحن جميع الجسيمات تدريجيًا ، فإنه يتم امتصاصه فعليًا بواسطة جسيمات مفردة أو مجموعات صغيرة من الجسيمات لفترة زمنية قصيرة حتى ، ثم ينتقل إلى التالي. يتم شحن البطارية بالجسيمات عن طريق سلسلة من الشحنات السريعة جدًا. وقد فاجأ الباحثون ذلك لأن الشحن السريع كان يُعتقد أيضًا أنه ضار بالبطاريات.

معمل مسرع سلاك الوطني

طالب الدراسات بجامعة ستانفورد يييانغ لي يختبر بطاريات خلية أيون الليثيوم في معهد ستانفورد للعلوم والطاقة (سيمز)

"على مدى السنوات العشر أو العشرين الماضية ، طلبنا دائما أن نفرض شحناتنا ببطء ، قدر الإمكان ، حتى يتم تقليل الحرارة في البطارية وتستمر لفترة أطول" ، قال تشويه. "ما وجدناه في هذه المقالة هو ، هذا ليس صحيحًا تمامًا."

مسلحًا بالمعرفة الجديدة ، يقترح الباحثون عدة طرق لشحن البطاريات بشكل أكثر اتساعًا ، وهو تغيير قد يستغرق متوسط ​​عمر بطارية أيونات الليثيوم من عامين إلى حوالي 10 سنوات. يؤدي الشحن الأكثر اتساقًا ، سواء كان سريعًا أو بطيئًا ، إلى تسخين أقل محليًا يمكن أن يؤدي إلى تدهور البطارية.

ويفكرون أيضًا في طرق لتمكين الشحن الأسرع أو التفريغ مع منع حدوث تلف للبطارية.

قد يستفيد هذا البحث من بين أشياء أخرى ، السيارات الكهربائية ، والتي غالبا ما تتطلب تهمة تستغرق عدة ساعات. إذا كان من الممكن تقليل هذا الوقت ، لن يضطر السائقون إلى تحمل توقفات طويلة أثناء القيام برحلات طويلة. وبالنسبة للشبكة الكهربائية ، فإن بطاريات التخزين التي تكون أفضل في التعامل مع الطفرات المفاجئة في الطلب موجودة أيضًا في البطاقات.

ولكن أولاً ، يحتاج الفريق إلى إجراء المزيد من التجارب. على وجه الخصوص ، سيتم تشغيل إلكترودات البطارية من خلال آلاف دورات الشحن والتفريغ لمحاكاة الاستخدام النموذجي وقياس الأداء. بدأت المحادثات بالفعل مع شركات في مجال الالكترونيات الاستهلاكية وصناعات السيارات.

ضم الفريق أعضاء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، ومختبرات سانديا الوطنية ، ومعهد سامسونغ المتقدم للتكنولوجيا الأمريكية ومختبر لورانس بيركلي الوطني.