W elektrykach najwięcej emocji budzi nie design ani osiągi, tylko akumulator. To on decyduje o cenie auta, czasie ładowania i tym, czy samochód będzie bezproblemowo służył przez lata. Koreańscy badacze proponują rozwiązanie, które uderza w samo źródło kłopotów z trwałością i bezpieczeństwem, a do tego jest dosyć przyziemne. Zamiast kolejnej skomplikowanej nanotechnologii proponują proste potraktowanie elektrody roztworem z jonami srebra oraz TCA (kwasu trichlorooctowego) w warunkach pokojowych. Brzmi to wprawdzie niepozornie, ale uderza dokładnie tam, gdzie do tej pory przegrywano z dendrytami.
Koreański patent na bezpieczne akumulatory samochodów elektrycznych
Zespół z Korea University pod kierunkiem profesora Cho Jin-hana opracował metodę powlekania elektrod przy użyciu jonów srebra. Ich rozwiązanie ma eliminować główną przyczynę powstawania niebezpiecznych struktur zwanych dendrytami. Te mikroskopijne, przypominające drzewka formacje metaliczne tworzą się na ujemnej elektrodzie w trakcie procesu ładowania. Gdy osiągną zbyt duże rozmiary, mogą przebić separator oddzielający elektrody, a to prowadzi do zwarcia, przegrzania i w skrajnych sytuacjach nawet do eksplozji całego modułu. Nic więc dziwnego, że specjaliści walczą o zminimalizowanie tego zjawiska.
To badanie pokazuje, że interfejs elektrody litowej może być precyzyjnie kontrolowany przy użyciu wyłącznie jonów srebra, bez przechodzenia przez złożony proces syntezy – Prof. Cho Jin-han, Korea University
Czytaj też: Ostatnia szansa na zakup spalinowej legendy. Volkswagen ubija kultowy samochód przez elektryfikację
Cały proces nakładania warstw jonów srebra i TCA odbywa się w roztworze w temperaturze pokojowej przy ciśnieniu atmosferycznym, a to ważna zaleta tego rozwiązania, ponieważ nie wymaga kosztownej obróbki w wysokich temperaturach.
Obiecujące wyniki laboratoryjne odblokują akumulatory litowo-metalowe?
Testy przeprowadzone w warunkach laboratoryjnych przyniosły zachęcające rezultaty. Prototypowy akumulator litowo-metalowy z nowym typem elektrod utrzymywał stabilną pracę przez ponad 2000 godzin, a po 1300 pełnych cykli ładowania i rozładowania zachował ponad 96 procent początkowej pojemności. Skąd takie wyniki? Ano stąd, że podczas normalnej eksploatacji jony srebra przekształcają się w nanocząstki, które równomiernie rozprowadzają atomy litu po powierzchni elektrody. Jednocześnie składnik TCA tworzy stabilną chemicznie matrycę zabezpieczającą przed pękaniem i uszkodzeniami mechanicznymi.
Czytaj też: Nowy niezbędny element wyposażenia samochodu? Nie daj wcisnąć sobie kitu, bo zapłaczesz
Warto zauważyć, że akumulatory litowo-metalowe oferują nawet dwukrotnie wyższą gęstość energii w porównaniu z konwencjonalnymi ogniwami litowo-jonowymi. Do tej pory ich szersze zastosowanie blokowały jednak obawy związane właśnie z bezpieczeństwem. Naukowcy widzą jednak potencjał swojego rozwiązania wykraczający poza akumulatory litowo-metalowe. Profesor Cho Jin-han sugeruje, że opracowana technologia może znaleźć zastosowanie w różnych typach akumulatorów metalowych.
Co to oznacza w praktyce?
Jeżeli prosta powłoka naprawdę okiełzna wzrost dendrytów, producenci dostają brakujący element układanki: wysoką gęstość energii bez nerwowej walki o bezpieczeństwo. Najpierw jednak technologia musi sprawdzić się poza laboratorium i jeśli się to jej “uda”, to samo w sobie może znacząco wpłynąć na rozwój rynku pojazdów elektrycznych. Dłuższa żywotność akumulatorów przekłada się bezpośrednio na niższe koszty eksploatacji dla użytkowników. Warto jednak zachować zdrowy sceptycyzm, bo wiele obiecujących wynalazków laboratoryjnych nigdy nie trafia do masowej produkcji z powodu różnych barier technologicznych lub ekonomicznych. Największym wyzwaniem będzie teraz skalowanie metody do produkcji przemysłowej i utrzymanie podobnych parametrów w pełnowymiarowych akumulatorach do samochodów. Pewne jest tylko to, że każde takie odkrycie przybliża nas do momentu, gdy pojazdy elektryczne staną się tak niezawodne jak ich spalinowe odpowiedniki.