To rozwiązanie może radykalnie poprawić stabilność i żywotność akumulatorów
Wspólny zespół badawczy kierowany przez profesorów Lee Hong-kyung, Lee Yong-min i Lee Ho-chun z Wydziału Nauk o Energii i Inżynierii w Instytucie Nauki i Technologii Daegu Gyeongbuk (DGIST) opracował nowy system koncepcyjny, który może radykalnie poprawić stabilność i żywotność akumulatorów nowej generacji.
Oczekiwane jest, że system rozwiąże problem wzrostu dendrytów, który jest trudnym aspektem w akumulatorach litowo-metalowych nowej generacji, poprzez przekształcenie ciekłych elektrolitów w stan dynamiczny. To zaś pozwoli przyspieszyć komercjalizację produktu.
Obecnie większość akumulatorów dostępnych na rynku, np. w pojazdach elektrycznych, wykorzystuje elektrody grafitowe jako elektrody ujemne. Grafitowa elektroda ujemna ma ograniczenia pod względem gęstości energii, ponieważ jest ciężka i zajmuje dużo miejsca wewnątrz akumulatora. Z uwagi na fakt, że ogranicza to długą żywotność baterii, rośnie zapotrzebowanie na lżejsze i mniejsze materiały anodowe.
Lit metaliczny jest w centrum uwagi jako materiał anodowy nowej generacji, który może rozwiązać te problemy. Jednak komercjalizacja anod litowo-metalowych jest utrudniona przez wytwarzanie „dendrytu”, kryształu w kształcie gałązki, który gromadzi się na powierzchni anody podczas procesu ładowania baterii litowej. Jest to zwykle silnie zależne od zjawiska transportu jonów w elektrolicie. Innymi słowy, gdy prędkość transportu jonów jest większa, a jednorodność poprawiona, łatwiej jest kontrolować dendryt.
Konsekwentnie podejmowano wysiłki w celu stłumienia dendrytów, ale ostatecznie konieczne było odejście od klasycznej metody transportu jonów i opracowanie szybszego oraz bardziej jednorodnego sposobu.
Zespół badawczy wyprodukował nano-spinbar (NSB), który reaguje na zewnętrzne pole magnetyczne, dzięki czemu statyczny roztwór elektrolitu w akumulatorze można zmienić w stan dynamiczny, i dodał go do roztworu elektrolitu w celu wytworzenia mikrokonwekcji. Możliwe jest obracanie NSB rozmieszczonych w elektrolicie poprzez zastosowanie zewnętrznego wirującego pola magnetycznego do zdalnego przesyłania mocy. Ta praca ułatwiła szybki transport jonów, jednocześnie zmniejszając dyfuzję jonów o około 32% w porównaniu z poprzednią metodą. To umożliwiło jednorodny transport jonów.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Inne
Rozładowane akumulatory to wciąż najczęstsza przyczyna awarii samochodów
Zimą źródłem kłopotów z samochodami są przede wszystkim niesprawne akumulatory. Z danych niemieckiej organizacji ADAC wynika, że to przyczyna 46% awarii. Do rozładowania akumulatora może się przyczyniać m.in. korzystanie z dużej liczby funkcjonalności w aucie tuż po jego uruchomieniu, takich jak nawigacja, radio czy podgrzewanie siedzeń i kierownicy, ale też sporadyczne użytkowanie samochodów lub jeżdżenie tylko na krótkich dystansach. Kierowcy zwykle reagują na problemy z akumulatorem, kiedy już jest za późno i nie można uruchomić silnika. Dlatego tak ważne jest regularne kontrolowanie urządzenia w serwisie. Eksperci zalecają też, by fachowcom zostawić sam proces wymiany akumulatora, bo w nowych autach nie jest to już takie proste.
Dynamiczny transport jonów realizowany poprzez zastosowanie nanocząstek magnetycznych (NSB) i zewnętrznego pola magnetycznego może sprzyjać szybkiemu i równomiernemu transportowi jonów litu. Sprawdzono, że jest to skuteczne w kontrolowaniu tworzenia się i wzrostu dendrytów nawet przy dużych szybkościach ładowania. Ten sam efekt można osiągnąć, dodając NSB do innych elektrolitów. Jeśli bateria litowo-metalowa zostanie wyprodukowana z elektrolitem opracowanym przez ten zespół badawczy i użyta, stosując wirujące pole magnetyczne na zewnątrz, znacznie wydłuży to żywotność baterii w porównaniu z istniejącym systemem.
– Jest to nowa koncepcja systemu elektrolitów, która może stworzyć dynamiczny elektrolit, jakiego nigdy wcześniej nie próbowano, i zmienić paradygmat badań nad elektrolitami za pomocą nanocząsteczek magnetycznych. Być może niedługo będzie stosowana w różnych systemach elektrochemicznych przy użyciu ciekłych elektrolitów – powiedział prof. Lee Hong-kyung z Wydziału Nauki i Inżynierii Energii w DGIST.
Źródło: Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology via Techxplore
