Egy új típusúakkumulátor elektromos járművekhezhosszabb ideig képes túlélni a szélsőséges meleg és hideg hőmérsékletet egy friss tanulmány szerint.

A tudósok szerint az akkumulátorok lehetővé tennék az elektromos járművek számára, hogy egyetlen töltéssel hideg időben nagyobb távolságot tegyenek meg – és kevésbé lennének hajlamosak a túlmelegedésre meleg éghajlaton.

Ez ritkább töltést eredményezne az elektromos autósok számára, valamint aelemekhosszabb életet.

Egy amerikai kutatócsoport egy új anyagot fejlesztett ki, amely kémiailag jobban ellenáll a szélsőséges hőmérsékleteknek, és amelyet nagy energiájú lítium akkumulátorokhoz adnak.

„Magas hőmérsékletű működésre van szükség olyan területeken, ahol a környezeti hőmérséklet elérheti a háromszámjegyű határt, és az utak még forróbbak lesznek” – mondta Zheng Chen professzor, a Kaliforniai Egyetem San Diegójában, a tanulmány vezető szerzője.

„Az elektromos járművekben az akkumulátorcsomagok jellemzően a padló alatt helyezkednek el, ezeknek a forró utaknak a közelében. Ráadásul az akkumulátorok már attól is felmelegszenek, hogy üzem közben áramot folyatnak át rajtuk.”

„Ha az akkumulátorok nem tolerálják ezt a felmelegedést magas hőmérsékleten, a teljesítményük gyorsan romlik.”

A Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban hétfőn megjelent tanulmányukban a kutatók leírják, hogy a tesztek során az akkumulátorok energiakapacitásuk 87,5 százalékát, illetve 115,9 százalékát őrizték meg –40 Celsius-fokon (–104 Fahrenheit), illetve 50 Celsius-fokon (122 Fahrenheit).

Emellett magas, 98,2, illetve 98,7 százalékos Coulomb-hatásfokkal rendelkeztek, ami azt jelenti, hogy az akkumulátorok több töltési cikluson is áteshetnek, mielőtt leállnak.

Ez egy lítiumsóból és dibutil-éterből készült elektrolitnak köszönhető, amely egy színtelen folyadék, amelyet bizonyos gyártási folyamatokban, például gyógyszerekben és növényvédő szerekben használnak.

A dibutil-éter azért hasznos, mert molekulái nem könnyen keverednek a lítiumionokkal az akkumulátor működése közben, és javítják a teljesítményét fagypont alatti hőmérsékleten.

Ráadásul a dibutil-éter könnyen ellenáll a hőnek 141 Celsius-os forráspontján (285,8 Fahrenheit), ami azt jelenti, hogy magas hőmérsékleten folyékony marad.

Ami ezt az elektrolitot annyira különlegessé teszi, az az, hogy lítium-kén akkumulátorral is használható, amely újratölthető, lítium anóddal és kén katóddal rendelkezik.

Az anódok és katódok az akkumulátor azon részei, amelyeken keresztül az elektromos áram áthalad.

A lítium-kén akkumulátorok jelentős következő lépést jelentenek az elektromos járművek akkumulátorai terén, mivel kilogrammonként akár kétszer annyi energiát is képesek tárolni, mint a jelenlegi lítium-ion akkumulátorok.

Ez megduplázhatja az elektromos járművek hatótávolságát anélkül, hogy növelné a jármű súlyát.akkumulátorcsomagolás, miközben alacsonyan tartja a költségeket.

A kén is nagyobb mennyiségben van jelen, és kevesebb környezeti és emberi szenvedést okoz a forrásnak, mint a kobalt, amelyet a hagyományos lítium-ion akkumulátorok katódjaiban használnak.

A lítium-kén akkumulátorokkal jellemzően probléma van – a kénkatódok annyira reaktívak, hogy működés közben feloldódnak, és ez magasabb hőmérsékleten súlyosbodik.

A lítium-fém anódok tűszerű struktúrákat, úgynevezett dendriteket képezhetnek, amelyek átszúrhatják az akkumulátor egyes részeit, mivel rövidzárlatot okozhatnak.

Ennek eredményeként ezek az akkumulátorok csak akár több tíz ciklusig is bírják.

Az UC-San Diego csapata által kifejlesztett dibutil-éter elektrolit még szélsőséges hőmérsékleten is megoldja ezeket a problémákat.

A tesztelt akkumulátorok sokkal hosszabb ciklusidőt mutattak, mint egy tipikus lítium-kén akkumulátor.

„Ha nagy energiasűrűségű akkumulátort szeretne, jellemzően nagyon zord, bonyolult kémiai reakciókat kell alkalmaznia” – mondta Chen.

„A nagy energia azt jelenti, hogy több reakció megy végbe, ami kisebb stabilitást és nagyobb degradációt jelent.”

„Egy nagy energiájú, stabil akkumulátor elkészítése önmagában is nehéz feladat – ezt széles hőmérsékleti tartományban megtenni még nagyobb kihívást jelent.”

„Elektrolitunk segít javítani mind a katód, mind az anód oldalát, miközben magas vezetőképességet és határfelületi stabilitást biztosít.”

A csapat a kénkatódot is stabilabbá tette egy polimerhez oltva. Ez megakadályozza, hogy több kén oldódjon fel az elektrolitban.

A következő lépések közé tartozik az akkumulátor kémiai összetételének növelése, hogy még magasabb hőmérsékleten működjön, és tovább meghosszabbítsa a ciklusidőt.