Şarj ömrü uzuyor: Beklenen haber Avrupa’dan geldi! Yeni şarj protokolü başlıyor…

Şu anda protokoller sabit bir akım akışı ile bataryaların şarj edilmesini sağlamaktadır. Ancak, Philipp Adelhelm (Berlin Helmholtz Merkezi ve Humboldt Üniversitesi) liderliğindeki ekibin TU Berlin ve Danimarka’daki Aalborg Üniversitesi ile işbirliği içinde yaptığı çalışmanın gösterdiği gibi, bu en iyi yöntem değil. Advanced Energy Materials dergisinde yayımlanan çalışma, şarj protokolünün bataryanın hizmet ömrü üzerindeki etkisini analiz ediyor.

Projenin bir parçası olarak araştırmacılar, grafit anotlu piyasada bulunan NMC532 hücrelerini analiz etti. Katotta nikel, manganez ve kobalt bileşikleri lityumla birlikte 5:3:2 oranında karıştırılıyor. Yeni otomobillerdeki eğilim artık NMC811’e doğru ilerlese de şu anda birçok elektrikli otomobil bu tür bir karışımla yollarda.

BATARYA TESTLERİ

Batarya testlerinin bir kısmı Aalborg Üniversitesi’nde gerçekleştirilmiştir. Aküler ya sabit akım (CC) ile geleneksel olarak ya da darbeli akım (PC) ile yeni bir şarj protokolü ile şarj edildi. Hücreler daha sonra demonte edildi ve araştırmacılara göre “belirgin farklılıklar” ortaya çıkaran ölüm sonrası analizlerde incelendi. Örneğin, anottaki katı elektrolit arayüzü (SEI), sabit bir akımla şarj edilen örneklerde önemli ölçüde daha kalındı ve bu da kapasiteyi düşürdü. Ayrıca ekip, NMC532 ve grafit elektrotların yapısında daha fazla çatlak buldu ve bu da kapasite kaybına katkıda bulundu. Buna karşılık, PC şarjı daha ince bir SEI arayüzü ve elektrot malzemelerinde daha az yapısal değişiklikle sonuçlandı.

Bu ilk gözlemler daha ileri araştırmalarla daha ayrıntılı olarak analiz edildi. Helmholtz Merkezi’nde elektronlar için 240 metre uzunluğunda bir halka hızlandırıcı olan ‘BESSY II’de araştırmacı Yaolin Xu, hücreleri operando Raman spektroskopisi ve dilatometrinin yanı sıra X-ışını absorpsiyon spektroskopisi kullanarak inceledi. Bu sayede farklı protokollerle yükleme sırasında neler olduğunu analiz edebildi. PETRA III sinkrotronunda ek deneyler gerçekleştirildi. Bu çalışmanın ardından “Darbeli akım yüklemesi, grafitteki lityum iyonlarının homojen dağılımını teşvik ediyor ve böylece grafit parçacıklarının mekanik stresini ve çatlamasını azaltıyor. Bu da grafit anodun yapısal kararlılığını artırıyor” ifadeleri kullanıldı. Darbeli şarjın, NMC532 katot malzemelerindeki yapısal değişiklikleri de bastırdığı vurgulandı.

ŞARJ YAŞLANMA ETKİLERİ AZALIYOR

Başka bir deyişle, yüksek frekanslı darbeli akımla şarj yaşlanma etkilerini azaltıyor. Ancak araştırma ekipleri bunun darbeli akımın frekansına bağlı olduğunu da keşfetti. Yüksek frekanslı darbeli akımla şarj protokolleri, ticari lityum-iyon pillerin hizmet ömrünü en fazla, çevrim ömrünü iki katına kadar uzatıyor (yüzde 80 kapasite tutma ile). TU Berlin’de elektrik enerjisi depolama teknolojisi uzmanı olan eş yazar Julia Kowal şunları söyledi: “Darbeli şarj, elektrot malzemelerinin ve arayüzlerin kararlılığı açısından birçok avantaj sağlayabilir ve pillerin hizmet ömrünü önemli ölçüde uzatabilir.”