Полный литий
Без кота, как говорится, и жизнь не та. Но даже если у вас нет кота, то наверняка есть мобильный телефон. Неважно, с кнопками он или с гибким экраном, его мобильность обеспечивает источник энергии — аккумулятор. Сейчас основной «трудяга» в аккумуляторах — металл литий, поэтому и аккумуляторы литиевые, или, если быть точным, литий-ионные. Хотя под этим названием скрываются довольно разные технологические решения, принцип действия всех литиевых аккумуляторов плюс-минус одинаковый. Между двумя электродами (условными «плюсом» и «минусом») путешествуют туда-сюда ионы лития: когда аккумулятор заряжается — то в одну сторону, а когда разряжается — то в другую. Но, несмотря на кажущуюся простоту, внутри аккумулятора происходит весьма непростая «химия».
Ставя на зарядку свой смартфон, мы обычно не задумываемся о нюансах процессов интеркаляции ионов лития в материал графитового анода. Нас волнует только то, как быстро зарядится телефон и сколько он на этом заряде проработает. А ещё желательно, чтобы и батарейка служила подольше. Ответственные производители аккумуляторов в целом об этом, конечно, знают и стараются делать их более долговечными. Но есть ли какие-то способы продлить жизнь аккумулятору сверх заложенного на заводе? Интернет пестрит разными советами. А что на этот счёт думают химики, которые эти самые аккумуляторы разрабатывают и исследуют?
Научных статей на тему долговечности литий-ионных аккумуляторов написано уже очень много, и регулярно выходят новые. Возьмём, к примеру, статью, где исследователи на испытательном стенде измерили, как меняется ёмкость сотни серийных литиевых аккумуляторных батарей при их длительной эксплуатации в разных условиях: при разной температуре и при разных значениях заряда/разряда. Например, если всё время заряжать аккумулятор только до 20% номинальной ёмкости, а разряжать до 0% или заряжать до 100%, а разряжать только до 80%? Или, к примеру, как меняется ёмкость аккумулятора, если его долго хранить разряженным либо, наоборот, полностью заряженным, заряжать большими токами или малыми и т. д.?
Если бы на основе одного теста можно было сделать однозначные выводы, не было бы и такого большого количества статей. Поэтому с выводами, действительно, всё непросто. Начнём с самого очевидного — с температуры. Литиевые батареи очень не любят холод. К слову, и жару они тоже не любят. Их идеальная рабочая температура лежит в интервале примерно 15—35°C. За пределами — более быстрая потеря ёмкости и ускоренная деградация. Как же тогда существуют, скажем, литий-железо-фосфатные или литий-титанатные аккумуляторы, у которых «по паспорту» рабочая температура от минус 30 до плюс 50? У аккумуляторов с разными материалами электродов и составом электролита может быть разная стабильность и разные рабочие характеристики. Но они не достаются просто так — за температурную устойчивость приходится «платить» большими габаритами и весом батарей. Вряд ли вам понравится, если батарея вашего телефона станет в три раза толще, во столько же раз тяжелее, а заряжать её придётся всё так же каждый день. Хотя для какого-нибудь источника бесперебойного питания на размер можно и закрыть глаза — главное, чтобы стабильно и долго работал хоть в жару, хоть в стужу.