EV-er: Forskere finner en nøkkelfeilbegrensning Rask oppladning av batteriets ytelse

Oppretting av hurtigladende elektriske biler er et dobbeltkantet sverd. På den ene siden reduserer oppladningstiden ned fra timer til minutter et viktig skritt mot å gjøre EV til attraktive for forbrukerne - ingen vil vente på pumpen i en og en halv time. Men forskning har også funnet at raskt lading av bilens batteri hindrer ytelsen.

Bedrifter som Tesla og Porsche er i forgrunnen for å løse dette problemet, noe som gjør det mulig å lokke forbrukerne til sine EV'er ved å skryte av "ultra-raske" ladetider. Men påskynde ladningsprosessen med litium-ion-batterier skaper en kjemisk reaksjon, kjent som litiumplating, som kan forringe bilens batteri drastisk i løpet av tiden. Heldigvis har en gruppe amerikanske forskere utnyttet kraften til røntgenteknologi for bedre å forstå fenomenet for å utvikle bedre batterier i fremtiden.

Studien, publisert i tidsskriftet Energi og miljøvitenskap, spesifikt undersøkt myntcelle, oppladbare litiumionbatterier med grafittelektroder, eller de positivt og negativt ladede komponentene i cellen. Ved å bruke en teknikk kjent som energidispersiv røntgendiffraksjon kunne forskerne fange en "film" av batteriene som begynner å fungere under rask lading. Dette ga dem et klart bilde av hvordan litiumplating kan forekomme i de mye større cellene som til slutt vil bli brukt til å drive biler og smarttelefoner.

Forskerne fant også at elektrolytten - eller væsken i litiumionbatterier som bærer ladning mellom elektrodene - har en tendens til å størkne i nærheten av separatoren, en membran mellom en celles elektroder. Daniel Abraham, batteriforsker ved US Department of Energy og medforfatter av studien, forklarer hvordan dette ga forskerne en bedre forståelse av nøyaktig hva som forårsaker denne raske forverringen.

"Du kan forvente at bare fra sunn fornuft," sa han i en uttalelse. "Men ved å se nøyaktig hvordan litiumet fordeles innenfor elektroden, får vi muligheten til å bestemme nøyaktig hvilken inhomogen måte som et batteri er i alderen på."

Det viser seg at litium forårsaker grafitts krystallinske struktur å ekspandere, noe som fører til et lite innskudd av metall i nærheten av separatoren. Etter en stund begynner denne oppbyggingen å forstyrre cellens generelle evne, redusere bilens rekkevidde eller telefonens totale batterilevetid.

Foreløpig er den eneste måten å forhindre litiumplating på å unngå overspenning, i henhold til UPS-batterisenteret. Det er ikke akkurat kompatibelt med EV-industriens oppdrag til noen dag, oppfyller våre raskt ladende drømmer. Men dette kan løses hvis batterivitenskaperne finner ut en måte å erstatte grafitt med et mindre krystallinsk materiale på.

Nå som Abraham og hans kolleger har funnet ut hvordan man skal observere litiumplater, har de tenkt å studere større pouch-batterier funnet i EV og smarttelefoner. På denne måten kan de jobbe mot bestemte løsninger for å skape langvarige batterier som også kan lade seg raskt, en utvikling som, når de er oppnådd, vil være sikker på å sende shockwaves over en rekke bransjer.