Američané se přetahují s Čínou o rekordy: nová baterie pro e-auta se nabije za 10 minut i v desetistupňovém mrazu

Mrazivé teploty nabíjení baterií nesvědčí: vědci se snaží najít řešení

Lithiové akumulátory a nízké teploty nejdou moc dohromady. Při teplotách pod nulou se zhoršují vlastnosti lithiových iontů, které se pohybují mezi elektrodami akumulátoru, a hrozí také riziko vzniku lithiových povlaků na elektrodách. To ještě podporuje nabíjení příliš vysokým proudem. Lithiové usazeniny mají za následek rychlou ztrátu kapacity akumulátoru a snížení jeho životnosti.

V extrémních případech se mohou nánosy vytvořit v tak silných vrstvách, že mohou vést až ke zkratu v baterii, což může mít za následek i vznik požáru.

Klasickým řešením, které se používá pro zvýšení stability lithium-iontové baterie při nízkých teplotách, je změna struktury grafitové anody. Ionty lithia poté mají v anodě více prostoru a větší nabíjecí proudy už nepředstavují tak velký problém. Má to ale jeden velmi nepříjemný důsledek: baterie naroste na objemu a bez sebemenšího nárůstu kapacity je rozměrnější a těžší.

Nabíjení v mrazech: 3D anoda s povlakem podobným sklu to zvládne

Společnosti Arbor Battery Innovations spolu s Michiganskou univerzitou se podařilo vyvinout 3D grafitovou anodu, která je navíc pokryta sloučeninou lithia, boru a uhlíku. Označení trojrozměrnosti zde znamená, že se do povrchu grafitu laserem vyvrtají malé otvory. Ty poté zvětšují efektivní povrch anody a usnadňují ukládání lithiových iontů.

Tento přístup není úplně nový. V laboratořích se zkoumá už několik let s využitím různých technologií zpracování nanočástic. Tak miniaturní struktury jsou ovšem obzvlášť citlivé na pokovování lithiem. A právě tomu by měl zabránit výše zmíněný povlak ze sloučeniny lithia, boru a uhlíku.

Materiál, který je velmi podobný sklu, je na povrch elektrody nanesen v tloušťce 20 nanometrů. Putujícím iontům lithia vlastně neklade žádný výrazný odpor, což se projeví na kapacitě nabití a posléze schopnosti získanou energii uvolnit. Také brání usazování lithia na povrchu elektrody.

Ani po stovce rychlých nabití v chladných podmínkách akumulátor nejeví žádné známky opotřebení

Podle zveřejněných výsledků ve studii se technikům podařilo dosáhnout nebývalého úspěchu. V laboratorních podmínkách se akumulátor podařilo nabíjet výkonem – tedy velikostí proudu –, 6C. Pro dosažení 80% úrovně nabití to znamená přibližně 10 minut. Je ale zapotřebí udržet nabíjecí výkon po celou dobu.

Baterie 6C už jsou dnes známé. Klíčovým průlomem je však to, že nabíjení tak vysokým proudem nevyžaduje vyšší teplotu baterie. Při laboratorních testech bylo nabíjení stabilní až do teploty -10 °C. Po stovce úplných cyklů nabití/vybití za těchto podmínek nedošlo ke snížení kapacity baterie.

Dražší nebude, méně ztrácí kapacitu v zimě a rychle se instaluje: sem s novou technologií!

V praktickém provozu by taková baterie znamenala skutečnou změnu: zvýšená spotřeba elektromobilů v zimním období, respektive rychlejší pokles kapacity baterie, je z velké části způsoben zvýšeným vnitřním odporem článků. Právě to se ovšem výrobci Arbor podařilo eliminovat. V současných modelech elektromobilů se při nízkých teplotách často využívá předehřívání baterie. Pak je schopna podat maximální výkon jak při vybíjení – tedy jízdě –, tak i nabíjení.

Zdroj: Cell.com, PV-magazine