Nowy typakumulator do pojazdów elektrycznychmogą przetrwać dłużej w ekstremalnie wysokich i niskich temperaturach — wynika z niedawnego badania.

Naukowcy twierdzą, że akumulatory pozwolą pojazdom elektrycznym na dłuższe podróże na jednym ładowaniu w niskich temperaturach, a w gorącym klimacie będą mniej podatne na przegrzanie.

W rezultacie kierowcy pojazdów elektrycznych mogliby rzadziej ładować swoje pojazdy, a takżebateriedłuższe życie.

Amerykański zespół badawczy stworzył nową substancję, która jest chemicznie bardziej odporna na ekstremalne temperatury i jest dodawana do wysokoenergetycznych baterii litowych.

„W obszarach, w których temperatura otoczenia może sięgać nawet kilkunastu stopni Celsjusza, a drogi stają się jeszcze gorętsze, konieczna jest praca w wysokiej temperaturze” – powiedział starszy autor, profesor Zheng Chen z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego.

W pojazdach elektrycznych akumulatory zazwyczaj znajdują się pod podłogą, blisko gorących dróg. Poza tym akumulatory nagrzewają się już od samego przepływu prądu podczas pracy.

„Jeśli akumulatory nie wytrzymają nagrzewania się w wysokiej temperaturze, ich wydajność szybko ulegnie pogorszeniu”.

W artykule opublikowanym w poniedziałek w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences naukowcy opisują, jak podczas testów baterie utrzymywały 87,5 proc. i 115,9 proc. swojej pojemności energetycznej odpowiednio w temperaturze –40 stopni Celsjusza (–104 stopnie Fahrenheita) i 50 stopni Celsjusza (122 stopnie Fahrenheita).

Posiadały one także wysoką sprawność kulombowską wynoszącą odpowiednio 98,2 procent i 98,7 procent, co oznacza, że ​​akumulatory mogą przejść większą liczbę cykli ładowania zanim przestaną działać.

Dzieje się tak ze względu na elektrolit składający się z soli litu i eteru dibutylowego, bezbarwnej cieczy używanej w niektórych procesach produkcyjnych, np. w produkcji leków i pestycydów.

Eter dibutylowy jest pomocny, ponieważ jego cząsteczki nie wchodzą tak łatwo w interakcję z jonami litu podczas pracy akumulatora, a także poprawia jego wydajność w temperaturach poniżej zera.

Ponadto eter dibutylowy z łatwością wytrzymuje wysokie temperatury wrzenia, wynoszące 141 stopni Celsjusza (285,8 stopnia Fahrenheita), co oznacza, że ​​pozostaje cieczą w wysokich temperaturach.

Wyjątkowość tego elektrolitu polega na tym, że można go stosować w akumulatorze litowo-siarkowym, który jest akumulatorem i ma anodę wykonaną z litu i katodę wykonaną z siarki.

Anody i katody to części baterii, przez które przepływa prąd elektryczny.

Akumulatory litowo-siarkowe stanowią kolejny ważny krok w rozwoju akumulatorów pojazdów elektrycznych, ponieważ mogą magazynować nawet dwa razy więcej energii na kilogram niż obecne akumulatory litowo-jonowe.

Dzięki temu zasięg pojazdów elektrycznych może zostać podwojony bez zwiększania ich masy.bateriaopakowanie przy jednoczesnym obniżeniu kosztów.

Siarka występuje również w większych ilościach i powoduje mniej cierpienia dla środowiska i ludzi niż kobalt, stosowany w tradycyjnych katodach akumulatorów litowo-jonowych.

W przypadku akumulatorów litowo-siarkowych zwykle pojawia się pewien problem – katody siarkowe są tak reaktywne, że rozpuszczają się podczas pracy akumulatora, a problem ten nasila się w wyższych temperaturach.

A anody litowo-metalowe mogą tworzyć struktury w kształcie igieł, zwane dendrytami, które mogą przebijać części baterii w przypadku zwarcia.

W rezultacie baterie te wytrzymują zaledwie kilkadziesiąt cykli ładowania.

Elektrolit na bazie eteru dibutylowego opracowany przez zespół z UC-San Diego rozwiązuje te problemy nawet w ekstremalnych temperaturach.

Testowane przez nich akumulatory charakteryzowały się znacznie dłuższą żywotnością niż typowe akumulatory litowo-siarkowe.

„Jeśli chcesz uzyskać baterię o dużej gęstości energii, zazwyczaj musisz użyć bardzo agresywnej, skomplikowanej chemii” – powiedział Chen.

„Wysoka energia oznacza, że ​​zachodzi więcej reakcji, a to z kolei oznacza mniejszą stabilność i większą degradację.

„Stworzenie stabilnego akumulatora o dużej energii jest samo w sobie trudnym zadaniem – jeszcze większym wyzwaniem jest próba osiągnięcia tego w szerokim zakresie temperatur.

„Nasz elektrolit pomaga poprawić zarówno stronę katody, jak i anody, zapewniając jednocześnie wysoką przewodność i stabilność międzyfazową”.

Zespół zaprojektował również katodę siarkową, aby była bardziej stabilna, poprzez jej wszczepienie do polimeru. Zapobiega to dalszemu rozpuszczaniu się siarki w elektrolicie.

Kolejne kroki obejmują zwiększenie skali składu chemicznego akumulatora, tak aby mógł on działać w jeszcze wyższych temperaturach, co jeszcze bardziej wydłuży cykl życia.