EV'er: Forskere Find en nøglefeilbegrænsning Hurtig opladning af batteriets ydeevne

Oprettelse af hurtiglaste elbiler er et dobbeltkantsværdigt sværd. På den ene side reducerer opladningstiden ned fra timer til minutter et afgørende skridt i retning af at gøre EV'er attraktive for forbrugerne - ingen ønsker at vente på pumpen i en halvanden time. Men forskning har også fundet ud af, at hurtigt opladning af bilens batteri forhindrer dets ydeevne.

Virksomheder som Tesla og Porsche er i forgrunden for at løse dette problem, hvilket gør det muligt at lokke forbrugerne til deres EV'er ved at prale af "ultra-hurtige" ladetider. Men fremskynde opladningen af ​​lithium-ion-batterier skaber en kemisk reaktion, kendt som lithium plating, der kan forringe bilens batteri drastisk i løbet af tiden. Heldigvis har en gruppe amerikanske forskere udnyttet røntgenteknologien til bedre at forstå fænomenet for at udvikle bedre batterier i fremtiden.

Undersøgelsen, offentliggjort i tidsskriftet Energi- og miljøvidenskab, specifikt undersøgt møntcelle, genopladelige lithiumionbatterier med grafitelektroder eller de positive og negativt ladede komponenter i cellen. Ved at anvende en teknik kendt som energidispersiv røntgendiffraktion kunne forskerne fange en "film" af batterierne, der begyndte at fungere under hurtig opladning. Dette gav dem et klart billede af, hvordan lithiumplating kan forekomme i de meget større celler, der til sidst vil blive brugt til at drive biler og smartphones.

Forskerne fandt også, at elektrolytten - eller væsken i lithiumionbatterier, der bærer ladning mellem elektroderne - har tendens til at størkne nær separatoren, en membran mellem en celles elektroder. Daniel Abraham, en batteridoktor ved US Department of Energy og medforfatter af undersøgelsen, forklarer, hvordan dette gav forskerne en bedre forståelse af Nemlig hvad der forårsager denne hurtige forringelse.

"Du kan måske forvente, at bare fra sund fornuft," sagde han i en erklæring. "Men ved at se præcis, hvordan lithium er fordelt inden for elektroden, opnår vi evnen til præcist at bestemme den inhomogene måde, hvorpå et batteri er i alderen."

Det viser sig, at lithium forårsager grafitens krystallinske struktur at udvide, hvilket fører til en lille metalafsætning nær separatoren. Efter et stykke tid begynder denne opbygning at forstyrre cellens samlede kapacitet, reducere bilens rækkevidde eller telefonens samlede batterilevetid.

I øjeblikket er den eneste måde at forhindre lithium-plettering på at undgå overspænding, ifølge UPS-batterisenteret. Det er ikke ligefrem kompatibelt med EV-industriens mission til en dag at opfylde vores hurtige opladende drømme. Men dette kunne løses, hvis batterividenskaberne regner med en måde at erstatte grafit med et mindre krystallinsk materiale.

Nu hvor Abraham og hans kolleger har fundet ud af, hvordan man observerer lithiumplating, har de til hensigt at studere større pouch-batterier, der findes i EV'er og smartphones. På denne måde kan de arbejde hen imod specifikke løsninger for at skabe langvarige batterier, der også kan oplades hurtigt, en udvikling, der, når de er opnået, ville være sikker på at sende shockwaves på tværs af en række brancher.