Przełom w konstrukcji akumulatorów litowo-jonowych. Amerykanie zrewolucjonizowali samochody elektryczne
Naukowcy z Amerykańskiego Laboratorium Narodowego Argonne, mającego związek z Departamentem Energii USA, osiągnęli właśnie przełom w technologii akumulatorów litowo-jonowych, koncentrując się na zastosowaniach w pojazdach elektrycznych. Dzięki opracowaniu katody o podwójnym gradiencie badacze stworzyli akumulator, który zachowuje imponujące 98% pojemności nawet po 500 cyklach ładowania. Ten postęp nie tylko podnosi wydajność, ale również znacząco obniża koszty, stając się potencjalnym punktem zwrotnym dla zrównoważonego transportu i magazynowania energii. Gdzie leży więc sukces tego osiągnięcia?
Czytaj też: Chiny mają nowe akumulatory. Prądu jest w nich tyle, że elektryczne samochody nabiorą nowego sensu
Katoda o podwójnym gradiencie stanowi fundament tej nowej technologii, choć nie jest niczym specjalnie nowym, jako że naukowcy tym razem bazowali na wcześniejszych badaniach z 2012 roku. Składa się z dwóch głównych innowacji strukturalnych, bo gradientu kompozycji i gradientu strukturalnego. Ten pierwszy optymalnie dostosowuje mieszankę metali (m.in. niklu, manganu i kobaltu) w cząstkach katody, co zwiększa zarówno gęstość energii, jak i trwałość, a drugi zapobiega pękaniu katody, co jest częstym problemem przy cyklach ładowania z użyciem wysokiego napięcia. Taka konstrukcja znacząco poprawia stabilność, co z kolei czyni akumulator bardziej odpornym na wysokie napięcia i ostatecznie wydłuża jego żywotność, ale to nie jedyny sukces naukowców.
Badacze zredukowali też zawartość kobaltu w katodzie do mniej niż 2% z tradycyjnego poziomu 10-20%, a to dzięki skoncentrowaniu kobaltu na powierzchni cząstek. Takie coś sprawiło, że akumulator zachował swoją wydajność przy mniejszym zapotrzebowaniu na ten drogi zasób, ale zespołowi marzy się obniżenie tego poziomu jeszcze dalej, bo do 1% i słusznie, bo kobalt jest drogi, trudno dostępny i budzi wątpliwości etyczne ze względu na kontrowersyjne praktyki wydobywcze. Najważniejsze jest jednak to, co badacze odkryli podczas testów, bo wzrost trwałości pojemności nie jest jedyną poprawą, którą mogli się pochwalić.
Czytaj też: Wydajniejsze akumulatory w elektryku? Brytyjczycy znaleźli sposób na zwiększenie zasięgu
Poza wspomnianym zachowaniem integralności strukturalnej po 500 cyklach ładowania i rozładowywania, które spowodowały rekordowo niski, bo 2-procentowy spadek pojemności magazynowej, naukowcy odkryli, że zastosowanie katody o podwójnym gradiencie zwiększa też tolerancję termiczną, podnosząc tym samym bezpieczeństwo użytkowania. Jest to szczególnie cenne dla pojazdów elektrycznych, których akumulatory muszą wytrzymywać duże zapotrzebowanie na energię i zróżnicowane warunki temperaturowe. Dzięki lepszej odporności na ciepło konstrukcja tego akumulatora nie tylko oferuje dłuższy zasięg jazdy, ale również zwiększa standardy bezpieczeństwa.
Czytaj też: Poznajcie akumulator, który zmienia zasady gry, a wszystko dzięki zwykłej soli!
Konstrukcja akumulatorów litowo-jonowych, która została już opatentowana przez Argonne National Laboratory, ma szerokie implikacje zarówno dla sektora motoryzacyjnego, jak i energetycznego. Dzięki zwiększeniu gęstości energii możliwe jest tworzenie mniejszych, lżejszych i tańszych akumulatorów, co z kolei powinno uczynić pojazdy elektryczne bardziej dostępnymi dla ogółu społeczeństwa, a tyczy się to również magazynów energii.