סיבה נוספת לכך שתאי Li-ion לא אוהבים טעינה מהירה

עדכון: 6 באוגוסט 2023
סיבה נוספת לכך שתאי Li-ion לא אוהבים טעינה מהירה

בשימוש, יוני ליתיום נעים פנימה והחוצה מהאנודה, העשויה בדרך כלל מחלקיקי גרפיט. היונים מחליקים בין אטומי הפחמן בתהליך הנקרא intercalation (ראה תרשים).

כאשר סוללה נטענת מהר מדי, יוני הליתיום נוטים להצטבר על פני השטח של האנודה, וכתוצאה מכך התנהגות 'ציפוי' מזיקה.

"ציפוי הוא אחד הגורמים העיקריים לפגיעה בביצועי הסוללה במהלך טעינה מהירה", אמר מדען הארגון דניאל אברהם. "כשטענו את הסוללה במהירות, גילינו שבנוסף לציפוי על משטח האנודה יש ​​הצטברות של תוצרי תגובה בתוך נקבוביות האלקטרודה."

באמצעות סריקת ננו-דיפרקציה של אלקטרונים כדי לצפות ברמה האטומית, הצוות ראה את סריג הפחמן ליד פני השטח של חלקיקים מתעוות לצמיתות כתוצאה מטעינה מהירה חוזרת ונשנית (עד 6C). הפרעת הסריג הגיעה ל-~20 ננומטר לתוך החלקיק ועיכבה יונים להיסחף לתוך קצה הסריג כדי להשתלב. במקום זאת הם מצופים על פני החלקיקים.

"ככל שנטעין את הסוללה שלנו מהר יותר, האנודה תהפוך לא מסודרת יותר מבחינה אטומית, מה שבסופו של דבר ימנע מיוני הליתיום את היכולת לנוע קדימה ואחורה", אמר אברהם. "המפתח הוא למצוא דרכים למנוע את אובדן הארגון הזה, או לשנות איכשהו את חלקיקי הגרפיט כך שיוני הליתיום יוכלו להשתלב בצורה יעילה יותר."

העבודה מתוארת במאמר הנרחב והכתוב בבירור "אי-סדר מוגבר בקצוות חלקיקי גרפיט המתגלה על ידי אפיון בקנה מידה רב-אורך של אנודות מתאי ליתיום-יון טעונים מהירים", שפורסם בכתב העת Journal of the Electrochemical Society, המתאר גם מנגנוני נזק אחרים נותח בפרויקט מקיף עם אוניברסיטת אילינוי אורבנה-שמפיין.