Как остановить деградацию аккумуляторов: создана диаграмма причин выделения лития и снижения ёмкости аккумуляторов

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».

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.