Учёные из Кембриджа нашли простой способ продлить жизнь аккумуляторов электромобилей — давление
Исследователи из Кембриджского университета сообщили о неожиданно простом способе продлить срок службы аккумуляторов электромобилей — достаточно поддерживать правильно рассчитанное постоянное давление. Работа опубликована в журнале Nature Energy и предлагает альтернативный подход к традиционным попыткам улучшения батарей через изменение химического состава.
Вместо разработки новых материалов или электролитов учёные сосредоточились на механике работы литий-ионных элементов. Во время зарядки и разрядки такие аккумуляторы физически расширяются и сжимаются — процесс, который авторы сравнили с «дыханием». Со временем эти циклические деформации приводят к деградации структуры элементов.
Чтобы изучить эффект, команда создала экспериментальную установку, в которой на литий-ионные ячейки воздействовало стабильное давление с помощью пневматических «мехов», одновременно фиксирующих микроскопические изменения толщины батареи во время работы.
Главный результат оказался неожиданно выраженным: при давлении около 12,5 бар (примерно 181 psi) срок службы аккумуляторов увеличивался примерно в 2 раза по сравнению с образцами, работающими при меньшем или большем давлении.
Изображение сгенерировано: Nano BananaОднако эффект оказался нелинейным. Исследователи обнаружили «зону оптимума»: при недостаточном давлении ускорялось растрескивание катода, а при чрезмерном — начиналось образование литиевых отложений на аноде, что также ухудшает долговечность и может создавать риски безопасности.
Иными словами, речь идёт не о «чем больше давление — тем лучше», а о строго контролируемом диапазоне условий.
С точки зрения физики процесса давление стабилизирует внутреннюю структуру батареи, снижая разрушительные эффекты от её циклического расширения и сжатия. Но по мере старения аккумулятора его геометрия меняется, поэтому система давления должна быть динамически адаптивной, чтобы поддерживать оптимальный режим.
Авторы подчёркивают, что исследование пока что выполнено на лабораторном уровне и не готово к немедленному внедрению в серийные электромобили. Основная задача следующего этапа — разработать инженерные решения, позволяющие масштабировать управление давлением для целых батарейных пакетов.
Тем не менее, работа уже получила патентную защиту через Cambridge Enterprise и предлагает альтернативный взгляд на развитие аккумуляторных технологий: вместо усложнения химии — оптимизация механики работы.
© iXBT
