Новая математическая модель MIT ускорит зарядку и продлит срок службы аккумуляторов

Будь то портативный ПК, игровой ноутбук или что-то более крупное, например автомобиль, мы все хотим, чтобы аккумуляторы заряжались быстрее, хранили больше энергии и служили дольше. До сих пор большинство достижений в этих областях были результатом проб и ошибок, но недавно разработанная математическая модель, подкрепленная экспериментальными данными, может направить инженеров по верному пути для создания аккумуляторов следующего поколения.

Об этом сообщает Массачусетский технологический институт (MIT) в отчете о исследовании, проведенном командой инженеров, математиков и материаловедов. В частности, исследование было посвящено процессу интеркаляции литий-ионов — электрохимическим процессам, которые происходят в аккумуляторах, используемых в часах, телефонах и практически во всех современных устройствах.

Когда вы заряжаете такие устройства, источник напряжения «загоняет» ионы лития из электролитического раствора в твердый электрод. Этот процесс интенсивно изучался годами, и разработчики аккумуляторов традиционно использовали уравнение Батлера-Фольмера (BV) для прогнозирования поведения литий-ионных элементов.

Однако формула BV далека от совершенства, и расхождения между ее прогнозами и реальностью заставляли инженеров полагаться на многочисленные эксперименты методом проб и ошибок. Чтобы решить эту проблему, исследователи MIT начали с изучения более 50 различных комбинаций электролитов и электродов, чтобы создать базу данных для анализа.

На основе этих данных команда создала математическую модель, основанную на теории связанного ион-электронного переноса, которая предсказывает электрохимическую реакцию гораздо точнее, чем формула BV. И поскольку она так близко соответствует реальности, производители аккумуляторов могут использовать эту модель для тонкой настройки своих конструкций, чтобы повысить скорость зарядки элементов и замедлить их деградацию.

Многие экспериментальные исследования часто требуют много времени, чтобы дать результат на потребительском уровне — либо из-за дороговизны производственных процессов, либо из-за узких рамок применения самого открытия.

Данное исследование отличается тем, что эти ограничения к нему не применимы: это framework для модификации существующих конструкций, а не требование полностью менять подход. Модель уже была проверена в ходе дальнейших экспериментов, хотя научное сообщество, несомненно, захочет глубже изучить как сами утверждения, так и модель, прежде чем согласиться, что теория связанного ион-электронного переноса — это верный путь.

Самое приятное во всем этом то, что любая компания-производитель аккумуляторов сможет ознакомиться с выводами исследователей и начать внедрять эту модель прямо сейчас, а не через несколько лет. Это может и не привести к скачку в скорости зарядки или сроке службы, но любые улучшения наверняка будут welcomed всеми пользователями технологий.

ИИ: В 2025 году, когда зависимость от портативной электроники и электромобилей продолжает расти, любое улучшение, пусть и постепенное, в скорости зарядки и долговечности аккумуляторов — это крайне важный шаг. Особенно обнадеживает то, что эта модель может быть внедрена в существующие производственные процессы без их кардинального изменения.