改进的充电协议可能有助于延长锂离子电池的使用寿命。一个国际团队证明，使用高频脉冲电流充电可以减少老化效应。该研究由PhilippAdelhelm(HZB和洪堡大学)领导，与柏林工业大学和丹麦奥尔堡大学的团队合作。X射线源BESSYII上的实验尤其具有启发意义。
锂离子电池功能强大，用途广泛，从电动汽车到电子设备。然而，它们的容量在数百次充电循环过程中逐渐下降。最好的商用锂离子电池的电极由所谓的NMC532(分子式：LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2)和石墨制成，使用寿命长达八年。电池通常采用恒流充电。
但这真的是最有利的方法吗?HZB和柏林洪堡大学的PhilippAdelhelm教授小组的一项新研究明确回答了这个问题：“不”。该研究发表在《先进能源材料》杂志上，分析了充电协议对电池使用寿命的影响。
老化效应分析
部分电池测试是在奥尔堡大学进行的。电池要么采用传统的恒流(CC)充电，要么采用新的脉冲电流(PC)充电协议。事后分析揭示了几次充电循环后的明显差异：在CC样品中，阳极处的固体电解质界面(SEI)明显更厚，这损害了容量。
研究小组还发现NMC532和石墨电极的结构中有更多裂纹，这也导致了容量损失。相比之下，PC充电导致SEI界面更薄，电极材料的结构变化更少。
BESSYII和PETRAIII的同步加速器实验
HZB研究员YaolinXu博士随后领导对洪堡大学和BESSYII的锂离子电池进行了研究，利用操作拉曼光谱和膨胀测量以及X射线吸收光谱来分析使用不同协议充电期间发生的情况。补充实验在PETRAIII同步加速器上进行。
“脉冲电流充电促进了石墨中锂离子的均匀分布，从而减少了石墨颗粒的机械应力和开裂。这提高了石墨阳极的结构稳定性，”他总结道。脉冲充电还抑制了NMC532正极材料的结构变化，且Ni-O键长变化较小。
脉冲电流频率至关重要
然而，脉冲电流的频率很重要：采用方波电流的高频PC充电协议可以最大程度地延长商用LIB的使用寿命，本研究中实现了双倍的循环寿命(容量保持率为80%)。
共同作者、柏林工业大学电能存储技术专家JuliaKowal教授强调：“脉冲充电可以在电极材料和界面的稳定性方面带来许多优势，并显着延长电池的使用寿命”。
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