Naukowcy wyprodukowali nowy typ elektrody do akumulatorów litowo-jonowych, która może uwolnić większą moc i szybsze ładowanie. Zrobili to, tworząc grubsze elektrody – dodatnio i ujemnie naładowane części akumulatora, które dostarczają energię do urządzenia – wykorzystując magnesy do stworzenia unikalnego wyrównania, które pozwala uniknąć typowych problemów związanych z wymiarowaniem tych krytycznych komponentów.

Rezultatem jest elektroda, która może potencjalnie zwiększyć dwukrotnie zasięg na jednym ładowaniu pojazdu elektrycznego w porównaniu z akumulatorem, który wykorzystuje istniejącą elektrodę komercyjną.

– Materiały dwuwymiarowe są powszechnie uważane za obiecującego kandydata do zastosowań związanych z szybkim magazynowaniem energii, ponieważ do szybkiego transportu ładunku wystarczy ich grubość kilku nanometrów – powiedział Guihua Yu, profesor na Wydziale Inżynierii Mechanicznej UT Austin w Teksasie. – Jednak w przypadku wysokoenergetycznych akumulatorów nowej generacji opartych na grubych elektrodach ponowne układanie nanoarkuszy jako bloków konstrukcyjnych może powodować znaczne wąskie gardła w transporcie ładunków, co prowadzi do trudności w osiągnięciu zarówno wysokiej energii, jak i szybkiego ładowania. 

Aby osiągnąć zarówno wysoką energię, jak i szybkie ładowanie, naukowcy opracowali nowy sposób łączenia cienkich warstw materiału elektrodowego. Postęp nastąpił dzięki wykorzystaniu pól magnetycznych do ostrożnego manipulowania orientacją tych warstw, układając je w pionowe stosy, a nie w typową formę poziomą. Spowodowało to stworzenie „wydajnych ścieżek transportu masy” jonów przez elektrodę.

– Nasza elektroda wykazuje doskonałe parametry elektrochemiczne, częściowo dzięki wysokiej wytrzymałości mechanicznej, wysokiej przewodności elektrycznej i ułatwionemu transportowi litowo-jonowemu dzięki unikalnej architekturze, którą zaprojektowaliśmy – powiedział Zhengyu Ju, doktorant w grupie badawczej Yu, który kieruje tym projektem.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Silniki elektryczne

Symulacje pomogą lepiej chłodzić silniki elektryczne

Silniki elektryczne wymagają efektywnego chłodzenia. Coraz częściej zamiast mediów suchych wykorzystuje się w tej roli wodę. A to sprawia, że podczas projektowania napędu trzeba także uwzględnić kwestie związane z układem chłodzenia i dynamiką płynów. Pomocna w tym może okazać się nowa metoda symulacji przepływu cieczy – tzw. metoda ruchomych cząstek (MPS).

Oprócz porównania swojej elektrody z elektrodą komercyjną, wyprodukowali również elektrodę umieszczoną poziomo przy użyciu tych samych materiałów do eksperymentalnych celów kontrolnych. Byli w stanie naładować pionową grubą elektrodę do poziomu 50% energii w ciągu 30 minut, w porównaniu z 2 godzinami i 30 minutami w przypadku elektrody poziomej.

Naukowcy podkreślili, że prace w tej dziedzinie są na wczesnym etapie. W tym badaniu przyjrzeli się tylko jednemu rodzajowi elektrody akumulatorowej.

Obecnie celem ich prac jest uogólnienie tej metodologii pionowo zorganizowanych warstw elektrod w celu zastosowania jej do różnych typów elektrod przy użyciu innych materiałów. Może to pomóc w szerszym zastosowaniu tej techniki w przemyśle, co umożliwi w przyszłości szybkie ładowanie, a także tworzenie wysokoenergetycznych akumulatorów, które zasilają pojazdy elektryczne.

Źródło: University of Texas w Austin