Akumulatory litowo-jonowe są szeroko stosowane w pojazdach elektrycznych i smartfonach, ponieważ są lekkie, niezawodne i energooszczędne. Jednak mają długi czas ładowania i nie radzą sobie z dużymi skokami prądu. W ostatnich badaniach zespół Cornell Engineering opracował akumulator litowo-jonowy EV, który można w pełni naładować w ciągu 5 minut. Prototyp jednego z takich szybko ładujących akumulatorów.
Zespół inżynierów Cornell opracował nową baterię litową. Ładuje się ona w mniej niż 5 minut , szybciej niż jakakolwiek inna dostępna bateria. Zapewnia również stabilną wydajność podczas ładowania i rozładowywania przez długi czas. To niedawne odkrycie może przynieść ulgę kierowcom, którzy obawiają się ograniczonego zasięgu pojazdów elektrycznych i niedogodności związanych z długim czasem ładowania.
Naukowcy odkryli, że ind, miękki metal powszechnie stosowany w wyświetlaczach dotykowych i panelach słonecznych, ma wyjątkowo wysoki potencjał jako materiał do szybkiego ładowania baterii. Wynika to z jego wrodzonych szybkich prędkości transportu w stanie stałym i niskich liczb Damköhlera. Ponadto ind jest świetną alternatywą dla ołowiu w lutach niskotemperaturowych.
Profesor Lynden Archer , dziekan Cornell Engineering i kierownik projektu, powiedział: „Obawy związane z zasięgiem stanowią większą barierę dla elektryfikacji transportu niż jakakolwiek inna bariera, taka jak koszt i pojemność baterii. Znaleźliśmy sposób na jej wyeliminowanie poprzez zastosowanie racjonalnych projektów elektrod”.
Profesor Archer dodał: „Jeśli możesz naładować akumulator pojazdu elektrycznego w pięć minut, to, kurczę, nie musisz mieć akumulatora wystarczająco dużego, by zapewnić zasięg 300 mil. Możesz zadowolić się mniejszymi kosztami, co może obniżyć koszt pojazdów elektrycznych i umożliwić ich szersze zastosowanie”.
Główny autor badania, Shuo Jin , doktorant inżynierii chemicznej i biomolekularnej, powiedział: „Naszym celem było stworzenie projektów elektrod baterii, które ładowałyby się i rozładowywały w sposób zgodny z codziennymi czynnościami. W praktyce zależy nam na tym, aby nasze urządzenia elektroniczne ładowały się szybko i działały przez dłuższy czas. Aby to osiągnąć, zidentyfikowaliśmy unikalny materiał anodowy z indu, który można skutecznie łączyć z różnymi materiałami katodowymi, aby stworzyć baterię, która ładuje się szybko i rozładowuje powoli ”.
Proces
Naukowcy zastosowali unikalne podejście do swojej nowej baterii litowej, kładąc nacisk na kinetykę reakcji elektrochemicznych. Wykorzystali w tym celu koncepcję z inżynierii chemicznej, znaną jako liczba Damköhlera . Koncepcja ta zasadniczo określa szybkość, z jaką zachodzą reakcje chemiczne, w porównaniu z transportem materiałów do miejsca reakcji.
Najnowsze badania ujawniają, że ind posiada dwie kluczowe cechy jako anoda baterii. Są to:
- Wyjątkowo bariera energetyczna o niskiej migracji, który określa prędkość, z jaką jony dyfundują w stanie stałym
- A umiarkowana gęstość prądu wymiany, co wpływa na szybkość, z jaką jony są redukowane w anodzie.
Synergia tych cech, szybka dyfuzja i wolna kinetyka reakcji powierzchniowej są konieczne dla szybkiego ładowania i dłuższego przechowywania.
Zobacz także : Bakterie modyfikowane genetycznie odgrywają kluczową rolę w odzyskiwaniu minerałów z używanych akumulatorów pojazdów elektrycznych
Profesor Archer powiedział: „Kluczową innowacją jest odkrycie zasady projektowania, która pozwala jonom metalu na anodzie akumulatora swobodnie się poruszać, znaleźć odpowiednią konfigurację i dopiero wtedy uczestniczyć w reakcji magazynowania ładunku. W rezultacie w każdym cyklu ładowania elektroda utrzymuje się w stabilnym stanie morfologicznym. To właśnie daje naszym nowym akumulatorom szybkiego ładowania możliwość wielokrotnego ładowania i rozładowywania przez tysiące cykli”.
Akumulator litowo-jonowy do pojazdów elektrycznych, który można w pełni naładować w 5 minut, wykorzystuje tę technologię w połączeniu z bezprzewodowym ładowaniem indukcyjnym na drogach. Może to znacznie zmniejszyć rozmiar i koszt akumulatorów . Ponadto sprawi, że transport elektryczny stanie się bardziej przystępnym wyborem dla kierowców. Nie oznacza to jednak, że anody indowe są idealne lub praktyczne.
„Chociaż ten wynik jest ekscytujący, ponieważ uczy nas, jak uzyskać baterie o szybkim ładowaniu, ind jest ciężki. To stwarza szansę na obliczeniowe modelowanie chemiczne, być może z wykorzystaniem generatywnych narzędzi sztucznej inteligencji, aby dowiedzieć się, jakie inne lekkie materiały chemiczne mogłyby osiągnąć te same, z natury niskie liczby Damköhlera. Na przykład, czy istnieją stopy metali, których nigdy nie badaliśmy, a które mają pożądane właściwości? Właśnie stąd bierze się moja satysfakcja – że istnieje ogólna zasada, która pozwala każdemu zaprojektować lepszą anodę baterii, osiągającą szybsze tempo ładowania niż najnowocześniejsza technologia” – dodał prof. Archer.
Źródło : Szybko ładująca się bateria litowa ma wyeliminować „lęk przed zasięgiem”
