Nový typbatéria pre elektrické vozidlápodľa nedávnej štúdie môžu prežiť dlhšie v extrémne vysokých aj nízkych teplotách.

Vedci tvrdia, že batérie by umožnili elektromobilom prejsť na jedno nabitie dlhšie vzdialenosti v nízkych teplotách – a v horúcom podnebí by boli menej náchylné na prehrievanie.

To by viedlo k menej častému nabíjaniu vodičov elektromobilov, ako aj kbatériedlhší život.

Americký výskumný tím vytvoril novú látku, ktorá je chemicky odolnejšia voči extrémnym teplotám a ktorá sa pridáva do vysokoenergetických lítiových batérií.

„V oblastiach, kde okolitá teplota môže dosiahnuť trojciferné hodnoty a cesty sa ešte viac ohrievajú, potrebujete prevádzku pri vysokých teplotách,“ povedal vedúci autor štúdie profesor Zheng Chen z Kalifornskej univerzity v San Diegu.

„V elektrických vozidlách sú batérie zvyčajne pod podlahou, blízko týchto horúcich ciest. Batérie sa navyše zahrievajú už len kvôli pretekaniu prúdu počas prevádzky.“

„Ak batérie neznesú toto zahriatie pri vysokej teplote, ich výkon sa rýchlo zníži.“

V článku publikovanom v pondelok v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences výskumníci opisujú, ako si batérie v testoch udržali 87,5 percenta a 115,9 percenta svojej energetickej kapacity pri teplote –40 °C (–104 °F), respektíve 50 °C (122 °F).

Mali tiež vysokú Coulombovu účinnosť 98,2 percenta a 98,7 percenta, čo znamená, že batérie môžu prejsť viacerými nabíjacími cyklami, kým prestanú fungovať.

Je to spôsobené elektrolytom, ktorý je vyrobený z lítiovej soli a dibutyléteru, bezfarebnej kvapaliny používanej v niektorých výrobných procesoch, ako sú farmaceutické výrobky a pesticídy.

Dibutyléter pomáha, pretože jeho molekuly nekomunikujú s lítiovými iónmi počas prevádzky batérie a zlepšujú jej výkon pri teplotách pod bodom mrazu.

Dibutyléter navyše ľahko znáša teplotu varu 141 stupňov Celzia (285,8 stupňov Fahrenheita), čo znamená, že zostáva kvapalný aj pri vysokých teplotách.

Tento elektrolyt je taký výnimočný, že sa dá použiť s lítium-sírovou batériou, ktorá je nabíjateľná a má anódu vyrobenú z lítia a katódu vyrobenú zo síry.

Anódy a katódy sú časti batérie, ktorými prechádza elektrický prúd.

Lítium-sírové batérie sú významným ďalším krokom v oblasti batérií pre elektromobily, pretože dokážu uskladniť až dvakrát viac energie na kilogram ako súčasné lítium-iónové batérie.

To by mohlo zdvojnásobiť dojazd elektromobilov bez zvýšenia hmotnostibatériabalenie a zároveň udržanie nízkych nákladov.

Síra je tiež hojnejšia a spôsobuje menej environmentálneho a ľudského utrpenia ako kobalt, ktorý sa používa v tradičných katódach lítium-iónových batérií.

S lítium-sírovými batériami je typický problém – sírové katódy sú tak reaktívne, že sa počas prevádzky batérie rozpúšťajú a pri vyšších teplotách sa to zhoršuje.

A lítiové kovové anódy môžu tvoriť ihlovité štruktúry nazývané dendrity, ktoré môžu prepichnúť časti batérie, pretože dôjde ku skratu.

V dôsledku toho tieto batérie vydržia len niekoľko desiatok cyklov.

Dibutyléterový elektrolyt vyvinutý tímom UC-San Diego rieši tieto problémy, a to aj pri extrémnych teplotách.

Testované batérie mali oveľa dlhšiu cyklickú životnosť ako typická lítium-sírová batéria.

„Ak chcete batériu s vysokou hustotou energie, zvyčajne musíte použiť veľmi drsnú a zložitú chémiu,“ povedal Chen.

„Vysoká energia znamená, že prebieha viac reakcií, čo znamená menšiu stabilitu a väčšiu degradáciu.“

„Výroba vysokoenergetickej batérie, ktorá je stabilná, je sama o sebe náročná úloha – dosiahnuť to v širokom teplotnom rozsahu je ešte náročnejšie.“

„Náš elektrolyt pomáha zlepšiť katódovú aj anódovú stranu a zároveň poskytuje vysokú vodivosť a medzifázovú stabilitu.“

Tím tiež skonštruoval sírovú katódu tak, aby bola stabilnejšia, a to jej naštepením na polymér. To zabraňuje rozpúšťaniu väčšieho množstva síry v elektrolyte.

Ďalšie kroky zahŕňajú zvýšenie chemického zloženia batérie tak, aby fungovala pri ešte vyšších teplotách a ďalej predĺžila životnosť cyklu.