Modifikovani proizvodni proces koji je razvio tim Univerziteta u Mičigenu (UM), sprečava stvaranje litijumskog filma, održavajući 97 odsto kapaciteta baterije nakon 100 ciklusa brzog punjenja na niskim temperaturama.
Inženjeri Univerziteta u Mičigenu, razvili su modifikovani proizvodni proces EV baterija, koji značajno povećava brzinu punjenja po hladnom vremenu. Ova inovacija se bavi jednim od najvećih problema u vezi s usvajanjem elektromobila – smanjenom efikasnošću na niskim temperaturama.
„Zamišljamo ovaj pristup kao nešto što bi proizvođači baterija za električne automobile mogli da usvoje bez velikih promena u postojećim fabrikama“, rekao je Nil Dasgupta, vanredni profesor mašinstva i nauke o materijalima na Univerzitetu Mičigen.
Studija ukazuje na novi put za postizanje ekstremno brzog punjenja na niskim temperaturama bez žrtvovanja energetske gustine.
Litijum-jonske baterije koje koriste ovaj metod mogu da se pune 500% brže, čak i na temperaturama od -10 stepeni Celzijusa. Ključno poboljšanje dolazi u vidu modifikacije strukture i presvlačenja slojem koji sprečava formiranje litijumskih naslaga na elektrodama, što je uobičajeni problem koji degradira performanse baterije. Kao rezultat toga, ove baterije zadržavaju 97 odsto svog kapaciteta nakon 100 ciklusa brzog punjenja, u temperaturnim uslovima ispod tačke smrzavanja.
Kako funkcioniše ova inovacija?
Standardne EV baterije skladište i oslobađaju energiju kretanjem jona litijuma između elektroda kroz tečni elektrolit. Međutim, na niskim temperaturama, ovo kretanje se usporava, smanjujući efikasnost baterije i brzinu punjenja. Da bi povećali autonomiju, proizvođači su elektrode baterija napravili debljim, što s druge strane usporava punjenje.
Ranije je Dasguptin tim razvio tehniku za poboljšanje brzine punjenja stvaranjem kanala veličine 40 mikrona u anodi. Koristeći lasersko bušenje, omogućili su jonima litijuma da se kreću slobodnije, poboljšavajući punjenje na sobnoj temperaturi. Međutim, hladno punjenje je ostalo izazov.
Tim je otkrio da je za to kriv hemijski sloj koji se formira na površini elektrode u hladnim uslovima. „Ta glazura sprečava punjenje cele elektrode, smanjujući energetski kapacitet baterije“, objasnio je Manodž Džangid, koautor studije.
Da bi ovo rešili, istraživači su primenili tanak, 20-nanometarski stakleni premaz napravljen od litijum borata-karbonata. Ovaj metod je sprečio formiranje problematičnog površinskog sloja, a kada se iskombinuje s kanalima izbušenim laserom, rezultat se ogleda u 500 odsto bržem punjenju na niskim temperaturama.
„Sinergijom između 3D arhitekture i veštačkog interfejsa, ovaj rad može istovremeno da se pozabavi trilemom brzog punjenja na niskoj temperaturi, u cilju produžavanja vožnje jednim punjenjem“, izjavio je Tae Čo, novopečeni doktor mašinskih nauka i prvi autor studije.
Rešenje za zabrinutost potrošača
Mada se popularnost elektomobila povećala, kupci i dalje oklevaju da ih smeste u svoje garaže. Nedavno istraživanje Američke automobilske asocijacije otkrilo je da je procenat odraslih u Sjedinjenim Državama, koji će verovatno kupiti elektromobil, pao s 23 u 2023. na 18 odsto u 2024.
Jedna od najvećih zabrinutosti vezana je za opadanje autonomije tokom zimskom perioda, u kombinaciji sa sporijim punjenjem. Izveštaji pokazuju da se vreme punjenja baterija nekih vozila tokom prošle zime produžilo za više od sat vremena zbog niskih temperatura.
„Punjenje EV baterije traje 30 do 40 minuta, čak i u slučaju agresivnog brzog punjenja, a to vreme se povećava na više od sat vremena zimi. Ovo je bolna tačka kojom želimo da se pozabavimo“, rekao je Dasgupta u saopštenju za javnost.
Istraživanje je sprovedeno u laboratoriji Battery Lab Univerziteta u Mičigenu i Mičigenskom centru za karakterizaciju materijala. Tim je podneo zahtev za zaštitu patenta, uz podršku Innovation Partnershipsa UM-a. U međuvremenu, Arbor Battery Innovations je licencirao tehnologiju kanala i radi na komercijalizaciji.
