EV: Naukowcy odnajdują kluczową wadę Szybkiego ładowania baterii

Tworzenie szybko ładujących się samochodów elektrycznych to miecz obosieczny. Z jednej strony skrócenie czasu ładowania z godzin do minut jest kluczowym krokiem w kierunku uczynienia pojazdów elektrycznych atrakcyjnymi dla konsumentów - nikt nie chce czekać około półtorej godziny przy pompie. Jednak badania wykazały również, że szybkie ładowanie akumulatora samochodu utrudnia jego działanie.

Firmy takie jak Tesla i Porsche są na pierwszym planie w rozwiązywaniu tego problemu, starając się przyciągnąć konsumentów do swoich pojazdów elektrycznych, oferując „ultraszybkie” czasy ładowania. Jednak przyspieszenie procesu ładowania akumulatorów litowo-jonowych powoduje reakcję chemiczną, znaną jako galwanizacja litowa, która z czasem może radykalnie pogorszyć stan akumulatora samochodu. Na szczęście grupa amerykańskich naukowców wykorzystała moc technologii rentgenowskiej, aby lepiej zrozumieć zjawisko w celu opracowania lepszych baterii w przyszłości.

Badanie opublikowane w czasopiśmie Nauka o energii i środowisku, specjalnie przebadane baterie litowo-jonowe z ogniwami pastylkowymi, z elektrodami grafitowymi lub dodatnio i ujemnie naładowane składniki komórki. Dzięki zastosowaniu techniki znanej jako dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego rozpraszającego energię, naukowcy byli w stanie uchwycić „film” akumulatorów, które zaczęły działać nieprawidłowo podczas szybkiego ładowania. To dało im jasny obraz tego, w jaki sposób galwanizacja litem może wystąpić w znacznie większych ogniwach, które ostatecznie zostaną wykorzystane do zasilania samochodów i smartfonów.

Naukowcy odkryli również, że elektrolit - lub ciecz w akumulatorach litowo-jonowych przenoszących ładunek między elektrodami - ma tendencję do krzepnięcia w pobliżu separatora, membrany między elektrodami ogniwa. Daniel Abraham, naukowiec zajmujący się akumulatorami w amerykańskim Departamencie Energii i współautor badania, wyjaśnia, w jaki sposób umożliwiło to naukowcom lepsze zrozumienie dokładnie co powoduje to szybkie pogorszenie.

„Można się tego spodziewać tylko ze zdrowego rozsądku”, powiedział w oświadczeniu. „Widząc jednak dokładnie, jak lit jest rozprowadzany w elektrodzie, zyskujemy możliwość precyzyjnego określenia niejednorodnego sposobu starzenia się baterii”.

Okazuje się, że lit powoduje ekspansję krystalicznej struktury grafitu, prowadząc do niewielkiego osadu metalu w pobliżu separatora. Po pewnym czasie to nagromadzenie zaczyna kolidować z ogólnymi możliwościami komórki, zmniejszając zasięg samochodu lub łączną żywotność baterii.

Obecnie jedynym sposobem zapobiegania platerowaniu litem jest uniknięcie przepięcia, zgodnie z UPS Battery Center. To nie jest dokładnie zgodne z misją przemysłu EV, aby pewnego dnia spełnić nasze szybkie marzenia. Można to jednak rozwiązać, jeśli naukowcy zajmujący się akumulatorami wymyślą sposób na zastąpienie grafitu mniej krystalicznym materiałem.

Teraz, gdy Abraham i jego koledzy zorientowali się, jak obserwować galwanizację litową, zamierzają studiować większe baterie kieszonkowe znajdujące się w pojazdach elektrycznych i smartfonach. W ten sposób mogą pracować nad konkretnymi rozwiązaniami w celu stworzenia trwałych akumulatorów, które mogą również szybko ładować. Rozwój, który po osiągnięciu, z pewnością wywoła falę uderzeniową w wielu gałęziach przemysłu.