新型充電演算法能讓鋰離子電池壽命增加一倍

儘管鋰離子電池作為儲存和輸送電能最實用、高效的技術之一，但其局限性也逐漸顯現。科學家們正在尋找替代材料和儲能解決方案，但現在研究人員表示，他們可以使鋰離子電池工作地更好並延長使用壽命。

來自柏林亥姆霍茲柏林材料與能源中心（HZB）和柏林洪堡大學的歐洲研究團隊開發了一種替代充電解決方案，可以使鋰離子電池的使用壽命大大延長。這項研究表明，透過改變充電器向電解質材料輸送電流的方式，電池可以變得更加耐用，並在數百次充放電循環後保持更高的能量容量。

鋰離子電池體積小巧、堅固耐用，已經無處不在。電動汽車和電子設備都依賴它們，但隨著電解質通過隔膜分離陽極和陰極，其容量會逐漸下降。目前最好的商用鋰離子電池使用由 NMC532 和石墨化合物製成的電極，使用壽命長達 8 年。

傳統充電使用恆定電流（CC）為其提供外部電能。這項研究分析了使用恆定電流充電時電池樣品發生的變化，發現陽極的固體電解質介面（SEI）變得「明顯更厚」。此外，他們還發現 NMC532 和石墨電極結構出現更多裂縫。

更厚的SEI和電極中出現更多裂縫意味著鋰離子電池容量大幅損失。因此，研究人員開發了一種基於脈衝波電流（PC）的充電協議。在使用新型脈衝波電流協定對電池充電後，研究小組發現 SEI 介面變得更薄，並且電極材料的結構變化更少。

研究小組利用歐洲兩個領先的同步輻射粒子加速器，「BESSY II」和「PETRA III」，進行了脈衝波電流充電實驗。他們發現，脈衝波電流充電可以促進石墨中鋰離子的「均勻分佈」，進而減少石墨顆粒的機械應力和破裂。該協定還可以抑制 NMC532 正極的結構劣化。

研究表明，使用方波電流進行高頻脈衝波充電效果最佳。測試表明，脈衝波電流充電可以使商用鋰離子電池的壽命增加一倍，同時保持 80% 的容量。

這項研究的共同作者，柏林工業大學教授茱莉亞·科瓦爾博士（Dr. Julia Kowal）表示：「脈衝波充電在電極材料和介面的穩定性方面可以帶來許多優勢，並顯著延長電池的使用壽命。」