Un nou studiu sugerează că aplicarea unui strat subțire de borat-carbonat de litiu pe bateriile litiu-ion poate duce la o creștere de 500% a vitezei de încărcare atunci când temperaturile scad sub pragul înghețului, anunță LiveScience, care citează un studiu publicat recent în revista Joule.
Îmbunătățiri semnificative ale vitezei de încărcare în temperaturi scăzute
Vehiculele electrice ar putea să se încarce de 500% mai rapid în vreme rece, datorită unui proces inovator de fabricație, potrivit unor cercetări recente.
În studiu, cercetătorii au explicat cum pot îmbunătăți semnificativ viteza de încărcare a bateriilor litiu-ion în temperaturi de până la -10 grade Celsius, prin modificarea designului structural al bateriei și alterarea reacțiilor chimice ce au loc în timpul încărcării.
„Am reușit să obținem simultan încărcare rapidă extremă la temperaturi scăzute, fără a compromite densitatea energetică a bateriei litiu-ion,” a declarat Neil Dasgupta, autorul studiului și profesor asociat de inginerie mecanică și știința materialelor la Universitatea din Michigan.
Problemele încărcării la temperaturi scăzute
Temperaturile scăzute limitează viteza de încărcare și reduc eficiența energetică generală datorită proceselor chimice care au loc în timpul încărcării.
Bateriile funcționează prin deplasarea ionilor de litiu între două plăci electrod în interiorul unei soluții de electrolit lichid. Acest proces este eficient la temperaturi mai ridicate, dar în condiții de frig, fluidul electrolit se îngroașă, reducând curenții electrici și astfel prelungind timpul de încărcare.
Modificarea structurii și crearea unor noi „căi” pentru ioni
Pentru a aborda această problemă, cercetătorii au creat în studiile anterioare „căi” noi în anod — electrodul care primește ionii de litiu în timpul încărcării și trimite electronii la catodul aflat la capătul opus. Aceasta se făcea prin utilizarea de lasere pentru a perfora straturile de grafit ale anodului, ceea ce permitea ionilor de litiu să se deplaseze mai rapid și să se încorporeze mai ușor în electrod.
Deși această tehnică a accelerat timpul de încărcare, în condiții de frig, se crea o acumulare de litiu pe anod, fenomen cunoscut sub numele de „plating”, care împiedica reacția electrodului cu fluidul electrolit.
„Această acumulare previne încărcarea completă a electrodului, reducând astfel capacitatea totală a bateriei,” a declarat Manoj Jangid, coautor al studiului și cercetător principal la Universitatea din Michigan.
Inovația cu stratul de borat-carbonat de litiu
Pentru a preveni formarea acestei acumulări, cercetătorii au aplicat un strat de material de 20 de nanometri grosime, realizat din borat-carbonat de litiu, pe suprafața bateriei. Cercetările anterioare din domeniul bateriilor pe bază de solid-state au arătat că acest material îmbunătățește eficiența livrării ionilor.
În acest caz, combinația dintre stratul de borat-carbonat de litiu și tehnica „căilor” a dus la o creștere de 500% a eficienței de încărcare în condiții de temperaturi sub zero grade, au declarat cercetătorii. Bateriile modificate cu aceste tehnici au păstrat 97% din capacitatea lor, chiar și după ce au fost încărcate rapid de până la 100 de ori la temperaturi sub îngheț.
Implicatii largi ale descoperirii
Deși studiul a avut un scop limitat, Dasgupta a declarat că aceste modificări sunt ușor de implementat la nivelul proceselor de fabricație și ar putea avea implicații semnificative.
„Vizualizăm această abordare ca pe ceva ce producătorii de baterii pentru vehicule electrice ar putea adopta fără modificări majore ale fabricilor existente,” a spus Dasgupta.
