O echipă de cercetare condusă de Universitatea din Cambridge a investigat impactul presiunii fizice asupra duratei de viață a bateriilor litiu-ion și a descoperit că „menținerea bateriilor sub o presiune constantă ar putea să le dubleze durata de viață”.
Echipa de cercetare și-a publicat recent concluziile sub titlul „The interplay between stack pressure, mechanical expansion and degradation pathways in lithium-ion batteries” (Interacțiunea dintre presiunea de strângere, expansiunea mecanică și căile de degradare în bateriile litiu-ion) în prestigioasa revistă științifică Nature Energy.
Rezultatele cercetării sugerează că durata de viață a bateriilor ar putea fi potențial dublată dacă presiunea este menținută într-un interval optim precis.
Pentru experimentele lor, cercetătorii au folosit un dispozitiv specializat pentru a menține presiunea asupra bateriei în intervalul optim. Echipa a comprimat o celulă de tip „pouch” folosind burdufuri pneumatice, mici perne umplute cu aer care au acționat ca o clemă. Acest aparat a menținut o presiune constantă în timp ce un senzor a monitorizat modificările minuscule de volum în timpul ciclurilor de încărcare și descărcare ale bateriei.
Bateriile litiu-ion constau dintr-un anod, un catod și un electrolit. În timpul fiecărui ciclu de încărcare și descărcare, ionii de litiu se deplasează de la anod la catod și înapoi. Acest lucru determină bateria să se extindă și să se contracte fizic – „aproape ca și cum ar respira”, explică profesorul Michael De Volder de la Departamentul de Inginerie al Universității din Cambridge, care a coordonat cercetarea. Cu toate acestea, „bateriilor nu prea le place acest ciclu”.
De Volder, de profesie inginer mecanic, a detaliat că, deși o mare parte din activitatea de îmbunătățire a bateriilor litiu-ion este realizată de chimiști și fizicieni, el a dorit să investigheze rolul pe care îl joacă mecanica: „Pur și simplu am cumpărat baterii comerciale și le-am testat durata de viață sub diferite presiuni. Nu a trebuit să modificăm nimic în compoziția electrolitului sau a electrozilor lor.
”Echipa de proiect a constatat că presiunea burdufului trebuie să fie de aproximativ 12,5 bari pentru a avea un impact pozitiv asupra duratei de viață a bateriei. Acest lucru corespunde cu aproximativ de patru ori valoarea standard a bateriilor convenționale de tip pastilă (buton), potrivit cercetătorilor. În afara acestui interval, bateriile s-au degradat mai repede: „Dacă presiunea este prea mare, poate determina formarea de depuneri de litiu pe anod, iar dacă este prea mică, poate duce la fisurarea catodului.
”Oamenii de știință au observat că este mult mai bine pentru durata totală de viață a bateriei „dacă presiunea este menținută relativ constantă în timpul fiecărui ciclu de încărcare și descărcare”, afirmă De Volder. „Dacă apeși prea tare, anodul este nemulțumit. Dacă nu apeși suficient de tare, catodul începe să se degradeze. Experimentele noastre au identificat unde se află «zona ideală» pentru baterii când vine vorba de presiune.
Totuși, rezultatele sunt încă în fază incipientă. Până în prezent, tehnologia a fost testată doar la scară de laborator de către De Volder și echipa sa și ar trebui adaptată pentru aplicații comerciale de baterii. Un brevet a fost deja depus de Cambridge Enterprise, divizia de inovare a universității. Cercetarea a fost susținută parțial de Consiliul European pentru Cercetare, Institutul Faraday și Consiliul de Cercetare în Inginerie și Științe Fizice, parte a organismului UK Research and Innovation.
CITEȘTE ȘI:
Greșeli frecvente la aplicarea vopselei auto și cum să le eviți
Comentați?