Pamirškite ilgą automobilio krovimą: naujos baterijos bus įkraunamos vos per 12 minučių

4 min. skaitymo

Pietų Korėjos mokslininkai pristatė naują ličio–metalo akumuliatorių technologiją, kuri gali dar labiau priartinti elektromobilius prie itin greito įkrovimo ir ilgesnio nuvažiuojamo atstumo.

Šis proveržis buvo paskelbtas vasario 25 dieną Korėjos pažangiojo mokslo ir technologijų institute. Tai reikšmingas žingsnis siekiant išspręsti vieną iš sunkiausių naujos kartos akumuliatorių problemų.

Elektromobilių paklausai sparčiai augant visame pasaulyje, automobilių gamintojai ieško akumuliatorių, kurie sukauptų daugiau energijos kilogramui svorio ir būtų įkraunami per minutes, o ne valandas. Ličio–metalo akumuliatoriai laikomi perspektyvia ličio jonų technologijos įpėdine, nes teoriškai gali pasiūlyti gerokai didesnį energijos tankį. Tačiau jų komerciniam pritaikymui iki šiol trukdė saugumo ir ilgaamžiškumo problemos.

Kodėl ličio–metalo akumuliatoriams taip sunku?

Didžiausias iššūkis kyla įkrovimo metu. Ličiui būdinga formuoti smulkias adatėles primenančias struktūras, vadinamas dendritais. Šie aštrūs kristalai gali pramušti vidinius akumuliatoriaus sluoksnius, sukelti trumpuosius jungimus, spartų talpos mažėjimą ir net gaisrus.

Ši problema susijusi su vadinamuoju fazių sandūros nestabilumu. Jis atsiranda ten, kur susiliečia elektrodas ir elektrolitas. Nuolat kartojantis įkrovimo ir iškrovimo ciklams, ši sandūra tampa nelygi. Tada ličio jonai ima kauptis netolygiai, skatinama dendritų formacija ir šiluminis nestabilumas.

an electric car plugged in to a charging station

Net ir esant vidutinėms darbo sąlygoms, stabilaus ličio judėjimo per elektrodo paviršių užtikrinti yra sudėtinga. Daugybėje tyrimų, srovės tankis apie 4 miliamperus kvadratiniam centimetrui jau laikomas aukštu – tai atitinka 4 mA, tekančius per kiekvieną 0,16 kvadratinio colio elektrodo ploto.

Šio nestabilumo įveikimas laikomas būtina sąlyga, kad ličio–metalo akumuliatoriai taptų tinkami realiai naudoti elektromobiliuose.

Išmani apsauginė plėvelė pakeičia srovės pasiskirstymą

Tyrimų grupei vadovavo profesorė Nam-Soon Choi ir profesorius Seungbum Hong iš „KAIST“, bendradarbiaudami su profesoriaus Sang Kyu Kwak komanda iš „Korea University“. Jie sprendė problemą elektroninės struktūros lygiu, o ne tik modifikuodami medžiagas tradiciniais būdais.

Komanda į elektrolitą įvedė tiofeno. Taip ant ličio paviršiaus susiformavo vadinamoji „išmani apsauginė“ plėvelė. Skirtingai nei įprastos statinės dangos, ši plėvelė dinamiškai persitvarko savo elektroninę struktūrą.

Kai juda ličio jonai, vidinis krūvio pasiskirstymas plėvelėje atitinkamai kinta. Tyrėjai tai palygino su išmania eismo valdymo sistema, kuri reguliuoja eismo juostas pagal transporto srautus. Dėl tokio lankstaus persitvarkymo susidaro stabilūs ličio jonų judėjimo keliai ir išvengiama netolygaus jų kaupimosi.

Naudodami tankio funkcionalo teorijos skaičiavimus, mokslininkai patvirtino, kad šis priedas suteikia gerokai didesnį sandūros stabilumą nei šiuo metu rinkoje esantys komerciniai elektrolito priedai.

Rezultatas – veiksmingas dendritų augimo slopinimas net esant agresyvioms įkrovimo sąlygoms.

Stabilus veikimas ekstremalaus įkrovimo metu

Tyrėjai pademonstravo, kad akumuliatorių galima įkrauti per maždaug 12 minučių, dirbant esant daugiau nei 8 mA kvadratiniam centimetrui srovės tankiui. Toks lygis yra artimas tikram elektromobilių greitojo įkrovimo ir staigaus, galingo pagreičio poreikiams.

Norėdama patikrinti, kas vyksta akumuliatoriaus viduje, komanda pasitelkė in situ atominės jėgos mikroskopiją. Tai leido stebėti ličio nusodinimą nanometrų masteliu. Net ir esant didelei srovei, ličio nusodinimas ir pašalinimas vyko tolygiai per visą paviršių. Tai patvirtino mechaninį ir struktūrinį stabilumą.

Svarbu ir tai, kad ši technologija suderinama su plačiai naudojamomis katodų medžiagomis, įskaitant ličio geležies fosfatą, ličio kobalto oksidą ir ličio nikelio–kobalto–mangano oksidą. Kadangi ji dera su esamomis akumuliatorių cheminėmis sistemomis, ją būtų galima įdiegti dabartinėse elektromobilių gamybos linijose.

Profesorė Choi pabrėžė, kad šis darbas nėra paprastas medžiagos patobulinimas, o laimėjimas, sprendžiantis esminę akumuliatorių problemą per elektroninės struktūros projektavimą.

Pasak jos, ši technologija taps pagrindine ateities elektromobilių akumuliatorių platforma, kuri vienu metu užtikrins ir itin greitą įkrovimą, ir ilgą tarnavimo laiką.

Dalintis straipsniu
Komentarų: 0

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *

Rekomenduojami Video