Μπαταρίες λιθίου-ιόντων: Θα διαρκέσουν περισσότερο αν...

Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες είναι η καρδιά του σύγχρονου τεχνολογικού πολιτισμού και παίζουν σημαντικό ρόλο στην απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα. Από τις κινητές συσκευές μέχρι τα ηλεκτρικά οχήματα και τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, οι μπαταρίες αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινότητας. Ωστόσο, η διάρκεια ζωής τους αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους περιορισμούς στη χρήση τους. Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Advanced Energy Materials, ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι μπαταρίες λιθίου-πολυμερών διαρκούν περισσότερο, όταν φορτίζονται συχνότερα.

Η ημι-μετατροπική αντίδραση

Αυτό το εύρημα συνδέεται με ένα φαινόμενο γνωστό ως ημι-μετατροπική αντίδραση, μια χημική διαδικασία που λαμβάνει χώρα στο θετικό ηλεκτρόδιο (κάθοδο). Η αντίδραση αυτή προκαλεί σταδιακή φθορά της μπαταρίας και εντείνεται όταν η μπαταρία χρησιμοποιείται μέχρι να αποφορτιστεί πλήρως. Μέσα από πειραματικές δοκιμές, οι ερευνητές απέδειξαν ότι η αποφυγή της πλήρους εκφόρτισης συμβάλλει στη διατήρηση έως και του 73,4% της αρχικής χωρητικότητας μετά από 300 κύκλους φόρτισης.

Οι επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Pohang (POSTECH) στη Νότια Κορέα επισημαίνουν ότι δεν έχει δοθεί η δέουσα προσοχή στην επίδραση της εκφόρτισης, δηλαδή της πραγματικής χρήσης μιας μπαταρίας στη διάρκεια ζωής της.. Οι περισσότερες μελέτες επικεντρώνονται στους τρόπους βελτίωσης της χημείας των υλικών ή στη μείωση του κόστους παραγωγής, παραβλέποντας την καθημερινή πρακτική χρήσης των μπαταριών από τους καταναλωτές.

Ψηλά το νικέλιο, χαμηλά το κοβάλτιο

Ένα άλλο στοιχείο που επηρεάζει τη διάρκεια ζωής των μπαταριών λιθίου-ιόντων είναι η σύσταση της καθόδου τους. Συνήθως, η κάθοδος αποτελείται από ένα μείγμα οξειδίων λιθίου, νικελίου, μαγγανίου και κοβαλτίου. Τα τελευταία χρόνια, οι κατασκευαστές επιδιώκουν να αυξήσουν το ποσοστό του νικελίου και να μειώσουν το κοβάλτιο, κυρίως για λόγους κόστους και βιωσιμότητας, καθώς το κοβάλτιο είναι ένα ακριβό και περιβαλλοντικά αμφιλεγόμενο υλικό.

Ωστόσο, οι δοκιμές των Κορεατών ερευνητών έδειξαν ότι οι μπαταρίες με υψηλό περιεχόμενο σε νικέλιο τείνουν να έχουν μικρότερη διάρκεια ζωής σε σύγκριση με εκείνες που περιέχουν χαμηλότερη ποσότητα νικελίου. Αυτό συμβαίνει επειδή το νικέλιο είναι πιο ευαίσθητο στις χημικές αλλοιώσεις κατά τη φόρτιση και εκφόρτιση, με αποτέλεσμα να επιταχύνεται η φθορά της καθόδου.

Για τους καταναλωτές, αυτά τα ευρήματα σημαίνουν ότι η συχνότερη φόρτιση μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας τους. Επίσης, η επιλογή μιας μπαταρίας με προσεκτικά σχεδιασμένη σύνθεση καθόδου μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τον αριθμό των κύκλων φόρτισης που θα αντέξει. Καθώς η τεχνολογία των μπαταριών συνεχίζει να εξελίσσεται, η κατανόηση των παραγόντων που επηρεάζουν τη μακροζωία τους είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη πιο ανθεκτικών και αποδοτικών ενεργειακών λύσεων.