Większość osób jeżdżących pojazdami elektrycznymi martwi się o kilka rzeczy: jak daleko może przejechać samochód na pełnym naładowaniu, jak działa akumulator, gdy na zewnątrz robi się bardzo zimno i jak szybko może się naładować. Nowy artykuł badawczy opublikowany 25 lutego w czasopiśmie Nature pokazuje, że możemy być bliscy rozwiązania dwóch z tych problemów na raz.
Badania przeprowadził zespół kierowany przez profesora Zhao Qinga i akademika Chen Jun z Uniwersytetu Nankai, a także Li Yonga z Szanghajskiego Instytutu Kosmicznych Źródeł Energii. Znaleźli sposób na zwiększenie wydajności baterii litowych. W szczególności osiągnęły gęstość energii 700 Wh/kg. Najlepsze akumulatory stosowane obecnie w samochodach zwykle osiągają wydajność od około 250 Wh/kg do 255 Wh/kg, a akumulatory półprzewodnikowe około 500 Wh/kg.
Aby zrozumieć, dlaczego to ma znaczenie, pomyśl o akumulatorze jak o zbiorniku paliwa. Jeśli masz dwa zbiorniki o tej samej masie, ale jeden mieści trzy razy więcej energii, Twój samochód może przejechać znacznie dalej bez zatrzymywania się. Nowa technologia niemal trzykrotnie zwiększa pojemność energetyczną w porównaniu z obecnymi standardami. Oznacza to, że samochody elektryczne będą mogły ostatecznie pokonywać znacznie większe odległości bez konieczności stosowania masywnych, ciężkich akumulatorów, które obciążają pojazd.
Sekret tego skoku mocy kryje się w płynie znajdującym się wewnątrz akumulatora – elektrolicie. Baterie wykorzystują mieszankę soli litu i rozpuszczalników węglanowych, które opierają się na atomach tlenu, aby pomóc litowi w przemieszczaniu się. Działa to całkiem nieźle, ale ma duże wady. Ciekłe elektrolity są gęste i nie rozprowadzają się łatwo. Przestają również dobrze działać, gdy temperatura spada, dlatego wiele pojazdów elektrycznych traci zasięg zimą.
Chiński zespół postanowił spróbować czegoś innego. Stworzyli nowy rodzaj cieczy, wykorzystując fluorowane rozpuszczalniki węglowodorowe. Zamiast używać tlenu do przemieszczania litu, używali fluoru. Ta zmiana sprawia, że płyn jest znacznie „bardziej wilgotny”, więc akumulator potrzebuje go mniej do prawidłowego działania. Ponieważ ciecz jest rzadsza i lepiej płynie, może przenosić energię znacznie szybciej.
Nowa konstrukcja doskonale sprawdza się na mrozie. Tradycyjne akumulatory często poddają się, gdy robi się zimno, ale nowe ogniwa mogą nadal pracować w temperaturze -50°C. Nawet w tak ekstremalnej temperaturze akumulator utrzymuje gęstość energii na poziomie prawie 400 Wh/kg. To wciąż więcej niż to, co oferuje obecnie większość wysokiej klasy pojazdów elektrycznych w temperaturze pokojowej.
Zespół wyjaśnił, że musiał być bardzo ostrożny przy tworzeniu nowego elektrolitu – musiał zrównoważyć „przestrzeń” wewnątrz cieczy, aby atomy litu mogły swobodnie się poruszać. Przechodząc z tlenu na fluor, usunięto wąskie gardło, które wstrzymywało wydajność, dzięki czemu akumulator był jednocześnie lżejszy i mocniejszy.
Wiele firm ściga się w budowie akumulatorów półprzewodnikowych, które często nazywane są „świętym Graalem” branży. Ale nawet te akumulatory zwykle osiągają tylko około 400 Wh/kg. Nowe odkrycie pokazuje, że baterie „płynne” mogą faktycznie pokonać technologię półprzewodnikową, jeśli mają odpowiedni skład chemiczny. Jeśli przejdzie to z laboratorium do fabryki, może zmienić sposób, w jaki budujemy wszystko, od ciężarówek dostawczych po samoloty.
Baterie te mogłyby zasilać zaawansowane roboty, a nawet sprzęt używany w kosmosie. Obecnie liczba 700 Wh/kg odnosi się tylko do pojedynczego ogniwa, jednak gdy ogniwa te zostaną zmontowane w kompletny system akumulatorowy, korzyści będą znaczne. Badanie to pokazuje, że akumulatory litowe nadal mają niewykorzystany potencjał, co podważa oczekiwania stawiane przez technologię półprzewodnikową.
