Επανάσταση στη φόρτιση ηλεκτρικών οχημάτων: 300 kW ακόμη και στους -10°C

Το πιο συχνό πρόβλημα των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, που αναφέρουν οι κάτοχοί τους, είναι ότι η μπαταρία φορτίζεται πολύ αργά σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η φόρτιση μιας τέτοιας μπαταρίας απαιτεί 30 έως 40 λεπτά, ακόμη και με επιθετική ταχεία φόρτιση, ενώ τον χειμώνα ο χρόνος αυτός ξεπερνά συχνά τη μία ώρα.

Αυτό οφείλεται στο εξής: οι συσσωρευτές ηλεκτρικών οχημάτων αποθηκεύουν και αποδίδουν ενέργεια μέσω της κίνησης ιόντων λιθίου μεταξύ των ηλεκτροδίων, χρησιμοποιώντας έναν υγρό ηλεκτρολύτη. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, η κίνηση αυτή επιβραδύνεται, με αποτέλεσμα να μειώνεται τόσο η ισχύς της μπαταρίας, όσο και η ταχύτητα φόρτισης.

Παράλληλα, το κρύο ευθύνεται για τη μείωση έως και 25% της αυτονομίας, όταν ο καιρός είναι πολύ ψυχρός.

Ερευνητές, ωστόσο, από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν βρήκαν έναν τρόπο να αντιμετωπίσουν το πρόβλημα. Τροποποιώντας το αρνητικό ηλεκτρόδιο της μπαταρίας, αύξησαν την ταχύτητα φόρτισης σε χαμηλές θερμοκρασίες έως και 5 φορές. Έτσι, η μέθοδός τους επιτρέπει φόρτιση 6C, όπως αναφέρεται, σε θερμοκρασίες έως -10 βαθμούς Κελσίου. Το 1C είναι η φόρτιση μιας μπαταρίας 50 kWh στα 50 kW. Τα 6C είναι η φόρτιση της ίδιας μπαταρίας στα 300 kW.

Για πρώτη φορά, επετεύχθη ταυτόχρονα εξαιρετικά γρήγορη φόρτιση σε χαμηλές θερμοκρασίες, χωρίς να θυσιάζεται η ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας λιθίου-ιόντων.

Χάραξη «μονοπατιών»

Όπως διαβάζουμε στο newatlas.com, η τεχνολογία των νέων μπαταριών βασίζεται σε δύο καινοτομίες. Η πρώτη είναι η χάραξη μικρών «μονοπατιών» στο αρνητικό ηλεκτρόδιο, που είναι από γραφίτη και δέχεται ιόντα λιθίου κατά τη φόρτιση. Η διάτρηση του γραφίτη με τη χρήση λέιζερ επιτρέπει στα ιόντα λιθίου να βρίσκουν πιο γρήγορα σημεία για να εγκατασταθούν, ακόμη και βαθιά μέσα στο ηλεκτρόδιο, εξασφαλίζοντας πιο ομοιόμορφη φόρτιση.

Επίστρωση με βορικά και ανθρακικά άλατα

Η δεύτερη καινοτομία είναι η επένδυση του αρνητικού ηλεκτροδίου με μια στρώση υαλώδους υλικού από βορικά και ανθρακικά άλατα λιθίου, με πάχος 20 νανομέτρων. Αυτό το υλικό βελτιώνει τη θερμική και χημική σταθερότητα της μπαταρίας. Με την επίστρωση, αυξάνεται η ταχύτητα φόρτισης 5 φορές σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Η δομή και η επίστρωση που παρουσίασε η ερευνητική ομάδα απέτρεψαν τον σχηματισμό λιθίου στην επιφάνεια των ηλεκτροδίων της μπαταρίας — το φαινόμενο, δηλαδή, που μειώνει σημαντικά την απόδοση. Ως αποτέλεσμα, οι τροποποιημένες μπαταρίες διατηρούν το 97% της χωρητικότητάς τους, ακόμη και μετά από 100 ταχείες φορτίσεις σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες.