Исследователь из Университета Висконсин-Мэдисон Вэйю Ли представила вычислительную модель, раскрывающую причины перегрева и возгорания литий-ионных аккумуляторов при быстрой зарядке. Работа фокусируется на явлении литиевого покрытия — процесса, при котором литий осаждается на поверхности графитового анода, что приводит к коротким замыканиям и ускоренной деградации батарей.
Литий-ионные аккумуляторы с быстрой зарядкой стали основой для гаджетов и электромобилей, но их склонность к перегреву остаётся проблемой.
До настоящего момента механизмы, запускающие литиевое покрытие, не были полностью изучены, что затрудняло разработку безопасных технологий.
Модель Ли впервые детально описывает взаимодействие между транспортом ионов лития и электрохимическими реакциями в графитовом аноде.
«Удалось установить, как параметры эксплуатации — например, ток или температура — и свойства материалов влияют на начало литиевого покрытия, — пояснила исследовательница.
— Это позволило создать универсальную диаграмму, которая даёт чёткие рекомендации по подавлению опасного процесса без дополнительных расчётов».
Изображение: Leonardo В отличие от предыдущих работ, где рассматривались экстремальные режимы заряда, новая модель охватывает широкий диапазон условий, включая изменения плотности тока, степени заряда и пористости электродных материалов.
Ключевым результатом стала связь времени начала литиевого покрытия с эксплуатационными параметрами и характеристиками компонентов. На его основе Ли разработала «диаграмму литиевого покрытия» — инструмент, который помогает оптимизировать как материалы батарей, так и протоколы их заряда.
«Раньше инженеры действовали методом проб и ошибок, — отметила учёная.
— Теперь у нас есть физически обоснованные критерии, которые подскажут, как регулировать ток в зависимости от состояния батареи, чтобы избежать осаждения лития».
По мнению автора, это открытие ускорит создание аккумуляторов, сочетающих высокую скорость заряда с повышенной безопасностью и долговечностью. В ближайших планах Ли — усовершенствование модели за счёт учёта особенностей компонентов батареи, которые могут влиять на формирование литиевых отложений.
Параллельно в научном сообществе развиваются смежные технологии: например, недавно американские исследователи представили метод визуализации процессов внутри работающего аккумулятора в реальном времени.
Эти разработки особенно актуальны на фоне спроса на электромобили, где быстрая зарядка становится конкурентным преимуществом.
Совместные усилия учёных, направленные на глубокое понимание внутренних процессов в батареях, приближают эру энергонакопителей, которые не только эффективнее, но и безопаснее существующих аналогов.
Рубрика: Гаджеты и Технологии. Читать весь текст на www.ixbt.com.