Elektrická vozidla by díky novému výrobnímu procesu mohla účtovat 500% rychleji za chladného počasí, navrhuje výzkum.
V nové studii zveřejněné 17. března v časopise JouleVědci vysvětlili, jak mohou výrazně zlepšit rychlost nabíjení baterie lithium-iontu při teplotách až 14 stupňů Fahrenheita (mínus 10 stupňů Celsia) vyladění strukturálního návrhu baterie a změnou chemických reakcí, ke kterým dochází během nabíjení.
Vědci byli schopni „současně dosáhnout extrémního rychlého nabíjení při nízkých teplotách, aniž by obětovali hustotu energie lithium-iontové baterie“. Neil DasguptaStudie autor a docent profesora strojního inženýrství a vědy o materiálech na University of -Michigan, řekl v a prohlášení.
Chladné teploty omezují rychlosti nabíjení a snižují celkovou energetickou účinnost v důsledku chemických procesů při hraní během nabíjení.
Baterie fungují pohybem lithiových iontů mezi dvěma elektrodovými destičkami v rámci kapalného elektrolytu. Tento proces je účinný při teplejších teplotách, ale za chladnějších podmínek se tekutina elektrolytu zhoustne, snižuje elektrické proudy a tím prodlužuje doby nabíjení.
Související: Budoucí elektrická auta by mohla jít více než 600 mil na jeden náboj díky gelu zvyšující baterii
Jedná se o problém, který výrobci řešili několika způsoby, včetně zvýšení tloušťky elektrod používaných v bateriových článcích nebo úpravou struktury samotné baterie. Tyto kroky však problém dále zhoršily. Studie 2023 o účinnosti lithium-iontové baterie ukázala změny složení elektrolytů bránilo schopnosti rychlého nabitínapříklad.
Vědci vytvářejí nové „cesty“ pro ionty
V a Předchozí studie Publikováni v roce 2020, vědci vytvořili to, co popsali jako nové „cesty“ v anodě – elektroda, která přináší lithiové ionty během nabíjení a posílá elektrony na katodu na opačném konci.
K vytvoření těchto cest vědci použili lasery k posekání děr v grafitových vrstvách anody, které umožnily lithiovým iontům pohybovat se rychleji, což znamená, že by se mohli rychleji vložit do elektrody.
Tento dřívější projekt zrychlil doby nabíjení, ale za chladných povětrnostních podmínek vytvořil nahromadění lithia na anodě. Toto „pokovování“ zabránilo elektrodě reagovat na elektrolytovou tekutinu.
„Tato pokovování brání nabité celé elektrodě, což opět snižuje energetickou kapacitu baterie,“ spoluautor studie Manoj JangidLive Science jako vedoucí výzkumný pracovník na University of Michigan.
Aby se zabránilo formování této vrstvy, v nové studii potahovali baterii 20 nanometrovými silnými materiály vyrobeným z lithia-karbonátu. Předchozí výzkum baterií v pevném stavu ukázal, že tento materiál zlepšila účinnost dodávání iontů.
V tomto případě potahování v kombinaci s technikou cest přineslo 500% zvýšení účinnosti nabíjení při teplotách pod nulou, uvedli vědci. Baterie modifikované pomocí těchto technik si také zachovaly 97% své kapacity, i když byly rychle nabité až 100krát při subfreezingových teplotách.
Zatímco studie byla omezena v rozsahu, Dasgupta uvedl, že změny se snadno implementují na výrobní úrovni a mohou mít rozsáhlé důsledky.
„Představujeme si tento přístup jako něco, co by výrobci baterií EV mohli přijmout bez zásadních změn ve stávajících továrnách,“ řekl Dasgupta.
