Jelentősen növeli az akkumulátorok hatékonyságát az a kutatás, amelynek révén a gyártás utolsó lépését sikerült optimalizálni.
A Stanfordi Lineáris Gyorsítóközpont (SLAC) és a Stanford Egyetem Akkumulátorfejlesztő Központjának munkatársai felfedeztek egy egyszerű módszert, amellyel a jelenleg gyártott telepek töltési ideje felgyorsítható, miközben élettartamuk 50 százalékkal meghosszabbodik.
A kutatás során, amiben a stanfordi kutatókon kívül a Washingtoni Egyetem, az MIT és a Toyota munkatársai is részt vettek, gépi tanuló rendszerek alkalmazásával azonosították azt az elektródagyártási megoldást, amivel tovább növelhető az élettartam és teljesítmény, miközben a gyártási folyamat hatékonysága is javul.
A vizsgálat eredménye, hogy jobb, ha az akkumulátorok első gyári töltését erősebb árammal, gyorsabban végzik.
A zoomereket megelőző generációknak lehet egy enyhe déjá vu érzése: a korai mobiltelefonok nikkelalapú akkumulátorainál volt szokás az úgynevezett formázás, ami annyit jelentett, hogy az eszközt akár többször is 16 órán keresztül kellett tölteni és teljesen lemeríteni, hogy a legjobb élettartamot kapja a felhasználó. A nikkelt az ezredforduló után kiszorították a lítium-ion akkumulátorok, ezzel ez a rituálé is megszűnt, pontosabban a megbízható minőséget biztosító gyártási lépéssé vált.
A jelenleg használatos lítium-ion akkumulátorok egy pozitív és egy negatív elektródából állnak. Ezek egy elektrolitoldatban úsznak, amelyben szabadon mozoghatnak az ionok egyik elektródáról a másikra. A mai világban a számítástechnikai eszközöktől az autókig és elektromos hálózatig a technika növekvő arányban támaszkodik erre a folyamatra.
Az élete kezdetén az akkumulátor pozitív elektródájának lítiumtöltöttsége 100 százalékos. A használat alatt, az újratöltések során ebből a lítiumból mindig elvész egy kisebb mennyiség, ettől csökken hosszabb távon az akku teljesítménye. A Stanfordon ennek a történetnek a legelső lépését, az első töltését vizsgálták nagyon közelről.
Az első töltés során a negatív elektródán egy szilárd lítiumréteg, úgynevezett SEI képződik. Egy jó SEI képes megvédeni a telepet a káros reakcióktól, és lassítja az lítium elvesztését. A kutatók ennek a rétegnek a létrejöttét tudták optimalizálni. Az első töltés során a nagyobb áramnak köszönhetően ugyan több lítiumot veszít a pozitív elektróda, de ez a későbbiekben jelentősen megtérül.
A formázás a gyártási folyamat utolsó lépése, ha ez nem sikeres, minden pénz és energia, amit az akkumulátorba fektettek, kárba vész
– magyarázza Xiao Cui, a kutatás egyik vezetője.
A gyártók ennek megfelelően az első töltés során óvatosan és
lassan csepegtetik a töltést a termékbe.
Ez, mint kiderült, nem csak költséges és időigényes mozzanat, de nem is feltétlenül optimális.
A SEI minősége a kutatás szerint a töltés erősségén és a hőmérsékleten múlik. Az új eljárás a korábbi 9 százalék helyett 30 százaléknyi lítiumot deaktivál, de 50 százalékos élettartam-növekedést jelent.
Cui szerint ez olyan, mint amikor feltöltünk egy vödröt vízzel: ha csurig töltöttük, a víz nagy része kilötyög, miközben a vödröt visszük. Ha tökéletesen belőjük, meddig érdemes feltölteni, akkor minimális mennyiségű vizet vesztünk.
A lítiumkapacitás harmadának beáldozása soknak tűnhet, de ha nem telefonban gondolkodunk, hanem elektromos autókban, világossá válik, hogy az élettartam-növekedés itt már években és százezer kilométerek megtételében kifejezhető előny.