Inżynierowie z Pennsylvania State University opracowali akumulatory do samochodów elektrycznych, które pozwolą na pokonanie na jednym ładowaniu nawet 400 kilometrów. Badacze zapewniają, że ich baterie można naładować w zaledwie 10 minut. Do tego sama produkcja akumulatorów ma być tańsza niż obecnie. Wszystko dzięki odpowiednim modyfikacjom akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych.
Większość współczesnych samochodów elektrycznych wykorzystuje akumulatory zawierające nikiel i kobalt. Metale te są wykorzystywane w katodach baterii litowo-jonowych. Jednak takie baterie mogą się przegrzewać, co może stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa. Co więcej, są drogie, a kobalt, który zawierają, jest trudny do pozyskania w sposób zrównoważony i do tego jest toksyczny.
Tańsze i bezpieczniejsze są baterie litowo-żelazowo-fosforanowe, jednak ich wydajność, w porównaniu z akumulatorami zawierającymi nikiel i kobalt, jest mizerna. Ale to może się zmienić. Chao-Yang Wang i jego koledzy z Pennsylvania State University wykazali, że wydajność baterii litowo-żelazowo-fosforanowych ulega znacznej poprawie, jeśli zostaną rozgrzane.
- Opracowaliśmy całkiem sprytny akumulator do pojazdów elektrycznych masowego użytku, którego koszty są takie same jak w przypadku pojazdów z silnikiem spalinowym. Dodatkowo bateria jest niedroga i z nią nie będziemy musieli obawiać się o zasięg - powiedział Chao-Yang Wang, jeden z autorów publikacji, która ukazała się na łamach pisma „Nature Energy”
Jak twierdzą inżynierowie, opracowany przez nich akumulator pozwoli przejechać na jednym ładowaniu nawet 400 kilometrów. Co więcej, samo ładowanie ma trwać zaledwie 10 minut, a bateria powinna wytrzymać pokonanie ponad 3 milionów kilometrów w całym okresie jej życia.
Kluczem do długiej żywotności i błyskawicznego ładowania jest zdolność akumulatora do szybkiego nagrzania się do temperatury 60 stopni Celsjusza w celu naładowania i rozładowania, a następnie ochłodzenia, gdy akumulator nie działa.
Układ samonagrzewania opracował wcześniej zespół Wanga. Bateria wykorzystując cienką folię niklową, która nagrzewa się w miarę przepływu elektronów. Gdy bateria osiąga temperaturę 60 st. C. akumulator jest gotowy do szybkiego ładowania lub rozładowania.
Zespół Wanga stworzył model baterii, korzystając z istniejących technologii i innowacyjnych podejść. Uczeni sugerują, że stosując metodę samonagrzewania, można użyć tanich materiałów na katodę i anodę akumulatora oraz bezpiecznego elektrolitu niskonapięciowego. W opracowanej baterii katoda nie zawiera żadnych drogich materiałów, takich jak kobalt, a anoda jest wykonana z grafitu, bezpiecznego, lekkiego i niedrogiego materiału.
Producenci pojazdów elektrycznych preferują akumulatory z wykorzystaniem niklu w porównaniu z akumulatorami litowo-żelazowo-fosforanowymi, ponieważ mają wyższą gęstość energii, co oznacza, że mają większy zasięg. Jednak Wang i jego zespół pokazali, że jeśli nagrzane do 60 st. C. akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe są ładowane często, ale tylko częściowo, co można zrobić w zaledwie 10 minut, samochody powinny mieć możliwość pokonywania dużych odległości przy stosunkowo niewielkich niedogodnościach. Takie podejście do ładowania może być bezpieczniejsze niż rzadsze, ale pełne ładowanie baterii na bazie niklu, które podczas długiego ładownia mogą osiągnąć temperatury grożące pożarem.
Chociaż ogrzewanie akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych będzie wymagało energii, eksploatacja ich w wyższej temperaturze zapewnia korzyści w zakresie wydajności, które powinny przeważyć wszelkie dodatkowe koszty - sugerują naukowcy. Co więcej, ponieważ akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe mogą bezpiecznie działać w wyższych temperaturach, istnieje mniejsze zapotrzebowanie na technologię chłodzenia akumulatorów stosowaną w akumulatorach na bazie niklu. Zmniejsza to również zapotrzebowanie na energię i powinno pomóc obniżyć koszty eksploatacji.
Źródło: Pennsylvania State University
