Давление в 12,5 бар помогло вдвое продлить жизнь батареи электромобиля

Учёные из Кембриджского университета нашли довольно приземлённый способ продлить срок службы тяговых батарей электромобиля. Без новой химии, без дорогих добавок и без очередного «суперматериала». Они просто проверили механику — и выяснили, что литий-ионная ячейка, если держать её под правильно рассчитанным постоянным давлением, живёт примерно вдвое дольше.

Работа вышла в Nature Energy. Исследователи исходили из знакомой проблемы: при зарядке и разрядке аккумуляторные элементы расширяются и сжимаются. Со временем эти циклы бьют по внутренней структуре, сажают ёмкость и подводят батарею к износу. Для эксперимента команда собрала установку с пневматическими «мехами», которые создавали стабильное давление на ячейки и одновременно отслеживали, как меняется их толщина на микроскопическом уровне.

Лучший результат дал режим примерно в 12,5 бар — это около 181 psi. При таком давлении срок службы элементов вырос примерно в два раза по сравнению с образцами, которые работали при меньшем или большем сжатии. Причём зависимость оказалась довольно капризной: слабый прижим ускорял растрескивание катода, а слишком сильный — провоцировал образование литиевых отложений на аноде. Для батареи оба варианта плохи, просто по-разному.

С инженерной точки зрения это интересно хотя бы потому, что метод не требует менять саму химию элемента. Средняя цена аккумуляторного пакета для электромобилей в 2024 году опустилась до 115 долларов за кВт·ч, по оценке BloombergNEF, и производители давно ищут не только более дешёвые, но и более долговечные решения. Чем медленнее деградация, тем проще уложиться в типичную гарантию на батарею — 8 лет или 160 тысяч км — без дорогой замены модулей.

Есть у этой идеи и промышленный подтекст. Контроль механического прижима уже важен для pouch- и prismatic-элементов, а в твердотельных аккумуляторах внешнее давление вообще нередко рассматривают как одно из рабочих условий. Кембриджская команда, по сути, попробовала не просто «поджать» батарею, а найти узкий оптимум и удерживать его по мере старения элемента, когда его геометрия постепенно меняется.

До серийных электромобилей, правда, путь ещё длинный. Исследование проводили на лабораторных ячейках, а следующий этап уже упирается в упаковку технологии в батарейный блок, где сотни элементов должны получать одинаково точное и адаптивное давление. Патент через Cambridge Enterprise учёные уже оформили, так что у идеи есть шанс выйти из университетской установки в реальную батарею, если инженеры сумеют сделать систему компактной и недорогой.