Ένας νέος τύποςμπαταρία για ηλεκτρικά οχήματαμπορούν να επιβιώσουν περισσότερο σε ακραίες ζεστές και χαμηλές θερμοκρασίες, σύμφωνα με πρόσφατη μελέτη.

Οι επιστήμονες λένε ότι οι μπαταρίες θα επέτρεπαν στα ηλεκτρικά οχήματα να ταξιδεύουν μακρύτερα με μία μόνο φόρτιση σε χαμηλές θερμοκρασίες - και θα ήταν λιγότερο επιρρεπή σε υπερθέρμανση σε ζεστά κλίματα.

Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα λιγότερο συχνή φόρτιση για τους οδηγούς ηλεκτρικών οχημάτων, καθώς και θα έδινε τομπαταρίεςμια μεγαλύτερη ζωή.

Η αμερικανική ερευνητική ομάδα δημιούργησε μια νέα ουσία που είναι χημικά πιο ανθεκτική σε ακραίες θερμοκρασίες και προστίθεται σε μπαταρίες λιθίου υψηλής ενέργειας.

«Χρειάζεται λειτουργία σε υψηλές θερμοκρασίες σε περιοχές όπου η θερμοκρασία περιβάλλοντος μπορεί να φτάσει τα τριψήφια ψηφία και οι δρόμοι θερμαίνονται ακόμη περισσότερο», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας καθηγητής Zheng Chen του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια-Σαν Ντιέγκο.

«Στα ηλεκτρικά οχήματα, οι μπαταρίες βρίσκονται συνήθως κάτω από το πάτωμα, κοντά σε αυτούς τους ζεστούς δρόμους. Επίσης, οι μπαταρίες θερμαίνονται απλώς και μόνο από τη διέλευση ρεύματος κατά τη λειτουργία.»

«Εάν οι μπαταρίες δεν μπορούν να ανεχθούν αυτή την προθέρμανση σε υψηλή θερμοκρασία, η απόδοσή τους θα υποβαθμιστεί γρήγορα.»

Σε μια δημοσίευση τη Δευτέρα στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences, οι ερευνητές περιγράφουν πώς σε δοκιμές, οι μπαταρίες διατήρησαν το 87,5% και το 115,9% της ενεργειακής τους χωρητικότητας στους -40 βαθμούς Κελσίου (-104 Φαρενάιτ) και 50 βαθμούς Κελσίου (122 Φαρενάιτ) αντίστοιχα.

Είχαν επίσης υψηλή απόδοση Κουλομπικής καμπύλης 98,2% και 98,7% αντίστοιχα, που σημαίνει ότι οι μπαταρίες μπορούν να περάσουν από περισσότερους κύκλους φόρτισης πριν σταματήσουν να λειτουργούν.

Αυτό οφείλεται σε έναν ηλεκτρολύτη που αποτελείται από άλας λιθίου και διβουτυλαιθέρα, ένα άχρωμο υγρό που χρησιμοποιείται σε ορισμένες βιομηχανίες, όπως φαρμακευτικά προϊόντα και φυτοφάρμακα.

Ο διβουτυλαιθέρας βοηθάει επειδή τα μόριά του δεν «παίζουν ρόλο» εύκολα με τα ιόντα λιθίου καθώς λειτουργεί η μπαταρία και βελτιώνει την απόδοσή της σε θερμοκρασίες υπό το μηδέν.

Επιπλέον, ο διβουτυλαιθέρας μπορεί εύκολα να αντέξει τη θερμότητα στο σημείο βρασμού του των 141 βαθμών Κελσίου (285,8 Φαρενάιτ), που σημαίνει ότι παραμένει υγρός σε υψηλές θερμοκρασίες.

Αυτό που κάνει αυτόν τον ηλεκτρολύτη τόσο ξεχωριστό είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί με μια μπαταρία λιθίου-θείου, η οποία είναι επαναφορτιζόμενη και έχει μια άνοδο από λίθιο και μια κάθοδο από θείο.

Οι άνοδοι και οι κάθοδοι είναι τα μέρη της μπαταρίας μέσω των οποίων διέρχεται το ηλεκτρικό ρεύμα.

Οι μπαταρίες λιθίου-θείου αποτελούν ένα σημαντικό επόμενο βήμα στις μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων, επειδή μπορούν να αποθηκεύσουν έως και δύο φορές περισσότερη ενέργεια ανά κιλό από τις τρέχουσες μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Αυτό θα μπορούσε να διπλασιάσει την αυτονομία των ηλεκτρικών οχημάτων χωρίς να αυξήσει το βάρος τους.μπαταρίασυσκευασία διατηρώντας παράλληλα το κόστος χαμηλό.

Το θείο είναι επίσης πιο άφθονο και προκαλεί λιγότερη περιβαλλοντική και ανθρώπινη ταλαιπωρία στην πηγή από το κοβάλτιο, το οποίο χρησιμοποιείται στις παραδοσιακές καθόδους μπαταριών ιόντων λιθίου.

Συνήθως, υπάρχει ένα πρόβλημα με τις μπαταρίες λιθίου-θείου - οι καθόδους θείου είναι τόσο αντιδραστικές που διαλύονται όταν η μπαταρία λειτουργεί και αυτό επιδεινώνεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες.

Και οι μεταλλικές άνοδοι λιθίου μπορούν να σχηματίσουν βελονοειδείς δομές που ονομάζονται δενδρίτες, οι οποίες μπορούν να διαπεράσουν μέρη της μπαταρίας, προκαλώντας βραχυκύκλωμα.

Ως αποτέλεσμα, αυτές οι μπαταρίες διαρκούν μόνο έως και δεκάδες κύκλους.

Ο ηλεκτρολύτης διβουτυλαιθέρα που αναπτύχθηκε από την ομάδα του UC-San Diego διορθώνει αυτά τα προβλήματα, ακόμη και σε ακραίες θερμοκρασίες.

Οι μπαταρίες που δοκίμασαν είχαν πολύ μεγαλύτερο κύκλο ζωής από μια τυπική μπαταρία λιθίου-θείου.

«Αν θέλετε μια μπαταρία με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, συνήθως χρειάζεται να χρησιμοποιήσετε πολύ σκληρή, περίπλοκη χημεία», είπε ο Chen.

«Υψηλή ενέργεια σημαίνει ότι συμβαίνουν περισσότερες αντιδράσεις, πράγμα που σημαίνει λιγότερη σταθερότητα, περισσότερη υποβάθμιση.»

«Η κατασκευή μιας μπαταρίας υψηλής ενέργειας που είναι σταθερή είναι από μόνη της ένα δύσκολο έργο - η προσπάθεια να γίνει αυτό σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών είναι ακόμη πιο απαιτητική.»

«Ο ηλεκτρολύτης μας βοηθά στη βελτίωση τόσο της πλευράς της καθόδου όσο και της πλευράς της ανόδου, παρέχοντας παράλληλα υψηλή αγωγιμότητα και σταθερότητα στη διεπιφάνεια.»

Η ομάδα επίσης κατασκεύασε την κάθοδο θείου ώστε να είναι πιο σταθερή, εμβολιάζοντάς την με ένα πολυμερές. Αυτό εμποδίζει τη διάλυση περισσότερου θείου στον ηλεκτρολύτη.

Τα επόμενα βήματα περιλαμβάνουν την κλιμάκωση της χημείας της μπαταρίας, έτσι ώστε να λειτουργεί σε ακόμη υψηλότερες θερμοκρασίες και να παρατείνει περαιτέρω τη διάρκεια ζωής της.