Продление срока службы батареи при импульсной зарядке

Почему это важно для обычных водителей

Быстрая зарядка электромобиля удобна, но имеет скрытую цену: батарея может изнашиваться быстрее, что повышает стоимость владения и снижает устойчивость. В этом исследовании проверяется на первый взгляд простая идея — заряжать аккумуляторы быстрыми включениями и выключениями вместо постоянного тока — чтобы выяснить, сохранятся ли высокие скорости зарядки при одновременном замедлении старения. Результаты показывают, что импульсная зарядка может заметно продлить срок службы батарей электромобилей без серьёзных изменений в существующем оборудовании.

Более щадящая зарядка без потери скорости

Литий-ионные батареи, основные элементы современных электромобилей, постепенно теряют ёмкость при каждом цикле заряд–разряд. В традиционных лабораторных тестах клетки обычно заряжают постоянным током, тогда как в реальных автомобилях нагрузка постоянно меняется. Исследователи поставили задачу сократить этот разрыв, систематически сравнив стандартную зарядку постоянным током с рядом импульсных схем. Во всех испытаниях средняя мощность зарядки оставалась одинаковой, поэтому любые различия в старении были обусловлены тем, как подавался ток, а не количеством переданной энергии.

Как проводили импульсные эксперименты

Команда протестировала коммерческие литий-ионные элементы, оптимизированные по энергии, двумя основными группами. В одной группе батареи заряжали и разряжали квадратными импульсами, переключающимися между нулём и более высоким током с частотами от 10 до 1000 миллигерц (то есть один полный цикл включения–выключения длился от секунд до минут). В другой группе использовали более высокие средние токи, релевантные для быстрой зарядки, варьируя как частоту импульсов, так и долю времени, когда ток был «включён» (скважность). Тесты с постоянным током при той же средней мощности служили эталоном. На протяжении сотен циклов исследователи регулярно приостанавливали испытания по старению, чтобы измерять ёмкость, внутреннее сопротивление и тонкие признаки изменений на каждом электроде внутри ячейки.

Что показали батареи со временем

Результаты оказались впечатляющими. При зарядке постоянным током ёмкость быстро падала: в некоторых случаях после 400 циклов клетки сохраняли лишь около 70% исходной ёмкости. При той же батарее, заряженной грамотно подобранными импульсными схемами, потеря ёмкости сократилась примерно вдвое. При частотах импульсов выше примерно 100 миллигерц многие батареи после 400 циклов по-прежнему держали около 90–97% ёмкости. Точное соотношение времени включения и выключения было менее важно, чем доля времени, когда ток был включён в каждом цикле: меньшие скважности, при которых батарея получала частые короткие паузы, приводили к заметно более медленному старению, даже при одинаковой средней мощности.

Заглядывая внутрь скрытого износа батареи

Чтобы понять, почему импульсы помогали, исследователи использовали несколько электрохимических «инструментов прослушивания», которые интерпретируют крошечные изменения напряжения и сопротивления в процессе циклирования. Эти анализы указали на отрицательный электрод — графитовую сторону, поглощающую литий при зарядке — как на основную проблемную зону. При зарядке постоянным током или при очень низкочастотных импульсах усиливались признаки образования поверхностных плёнок и отложений металлического лития. Эти изменения увеличивают сопротивление и необратимо запирают активный литий, лишая ячейку доступной ёмкости. Напротив, при импульсной зарядке с более высокой частотой наблюдались гораздо меньшие увеличения поверхностного сопротивления и менее выраженная разница в поведении между электродами, что согласуется с более щадящим повреждением и сниженным осаждением лития.

Последствия для будущих электромобилей

С точки зрения водителя самая обнадеживающая часть работы в том, что достижения не зависят от экзотических материалов или футуристических зарядных устройств. Полезные частоты импульсов достаточно низки, чтобы существующая силовая электроника в автомобилях и на зарядных станциях, по сути, могла быть перепрограммирована для их выдачи. Формируя ток в быстрые всплески с короткими паузами — особенно при умеренных скважностях — производители могли бы сохранить время зарядки примерно тем же, значительно продлив срок службы батарей. Проще говоря, это исследование показывает: не только количество энергии, подаваемой в батарею, важно, но и ритм её подачи, и что штаккато‑подобный режим зарядки может помочь батареям электромобилей оставаться здоровыми дольше.

Цитирование: Frenander, K., Jutsell Nilsson, D. & Thiringer, T. Extending battery lifetime by pulsed charging. npj Clean Energy 2, 4 (2026). https://doi.org/10.1038/s44406-025-00013-5

Ключевые слова: литий-ионные аккумуляторы, импульсная зарядка, электромобили, старение батареи, быстрая зарядка