Bataryaların ömrünü yüzde 50 uzatmanın basit bir yolu bulundu

Joule dergisinde yayımlanan araştırmada, bilim insanları, bataryaların ilk şarjlarının yüksek akımlarla yapılmasının, bataryaların döngü ömürlerini ortalama yüzde 50 kadar uzattığını keşfetti. Bu keşfin arkasındaki neden ise yapay zeka temelli bilimsel makine öğrenmesi teknikleri kullanılarak ortaya çıkarıldı.

İlk şarj son derece önemli

Yeni üretilen bir lityum-iyon bataryanın pozitif elektrotu, üretimden çıkar çıkmaz tamamen lityum ile dolu oluyor. Ancak, her şarj ve deşarj döngüsünde bir miktar lityum kaybediliyor. Araştırmanın baş yazarlarından Xiao Cui, bu lityum kayıplarını en aza indirmenin pil ömrünü uzatmanın anahtarı olduğunu belirtiyor.

Bataryanın fabrika çıkışındaki ilk şarjı sırasında negatif elektrot üzerinde "katı elektrolit arayüzü (SEI)" adı verilen bir tabaka oluşuyor. Bu tabaka, negatif elektrotu yan reaksiyonlardan koruyarak, bataryanın zamanla daha fazla lityum kaybetmesini ve hızlı bir şekilde bozulmasını engelliyor. İşte bu SEI tabakasının doğru bir şekilde oluşması, bataryanın uzun ömürlü olması için kritik öneme sahip. Bu arada sürece "formasyon şarjı" adı veriliyor.

Geleneksel batarya üretim süreçlerinde, bataryanın ilk şarjı genellikle düşük akımlarla yapılır. Bu yöntem, daha sağlam bir SEI tabakası oluşturacağı düşüncesiyle tercih edilse de, uzun şarj süreleri ve yüksek maliyetlere yol açar.

Basit ama etkili yöntem

Ekip, düşük akım yerine yüksek akım kullanmanın sadece daha iyi sonuçlar vermekle kalmadığını, aynı zamanda pilin ömrünü yüzde 70’e kadar artırabileceğini, ortalama olarak ise yüzde 50 oranında bir iyileşme sağladığını doğruladı. Araştırmacıları bunu su dolu kabı taşımadan önce bir miktar suyun boşaltılmasına benziyor. Buna benzer şekilde ilk şarjda bataryada daha fazla lityum iyonunun devre dışı bırakılması uzun vadede performansı artıyor.

Araştırma, bataryaların kimyasını değiştirmeden, yalnızca üretim sürecinin son adımında yapılan bu küçük değişiklikle büyük faydalar sağlanabileceğini gösteriyor. Bu buluş, hem üretim maliyetlerini azaltma hem de enerji depolama sistemlerinin verimliliğini artırma potansiyeline sahip. Bunun daha önce keşfedilememesi ise ilginç.