A Stanford tudósai szerint egy lítium-fém elektromos akkumulátor élettartamának meghosszabbításához elég egyszerűen lemeríteni, és állni hagyni egy darabig

A Stanford Egyetem kutatói azt találták, hogy a lítium-fém elektromos autóakkumulátor élettartamának meghosszabbításának legjobb módja, ha lemerítjük, és néhány órán át pihentetjük.

„A pihenés helyreállítja a lemerült lítium-metál akkumulátorok teljesítményét” című tanulmányban, amelyet február 7-én tettek közzé a Nature folyóiratban, megállapították, hogy ez az egyszerű megoldás helyreállította az akkumulátor kapacitását és javította az általános teljesítményt.

A tanulmány társszerzője, Wenbo Zhang, a Stanford anyagtudományi és mérnöki doktorandusza a következőket mondta:

„A legegyszerűbb, legolcsóbb és leggyorsabb módot kerestük a lítium-fém élettartamának javítására. Felfedeztük, hogy az akkumulátor lemerült állapotban történő pihentetésével az elveszett kapacitás visszanyerhető és a ciklus élettartama meghosszabbítható. Ezek a fejlesztések egyszerűen megvalósíthatók az akkumulátor-kezelő szoftver újraprogramozásával, anélkül, hogy további költségekre, illetve a berendezések, anyagok vagy gyártási folyamat változtatására lenne szükség.”

A tanulmány eredményei gyakorlati betekintést nyújthatnak az elektromos járművek gyártóinak a lítium-fém technológiának a valós vezetési körülményekhez való igazításába.

Lítium-fém vs. lítium-ion

A lítium-fém akkumulátorok megduplázhatják az elektromos járművek hatótávolságát, de néhány töltési és kisütési ciklus után gyorsan elveszítik energiatárolási képességüket, így használhatatlanná teszik őket a mindennapi vezetés során.

A hagyományos lítium-ion akkumulátor két elektródából áll – egy grafit anódból és egy lítium-fém-oxid katódból –, amelyeket folyékony vagy szilárd elektrolit választ el egymástól, amely oda-vissza szállítja a lítium-ionokat.

A lítium-fém akkumulátorban a grafit anódot galvanizált lítium fémre cserélik, ami lehetővé teszi, hogy kétszer annyi energiát tároljon, mint egy lítium-ion akkumulátor azonos mennyiségű helyen. A lítium-fém anód súlya is kisebb, mint a grafitos anódé, ami alapvetően fontos az elektromos járművek esetében. A lítium-fém akkumulátorok legalább harmadával több energiát képesek tárolni kilogrammonként, mint a Li-ion akkumulátorok.

Amikor a lítium-fém akkumulátor lemerül, mikron méretű lítium fémdarabkák válnak el egymástól, és beszorulnak a szilárd elektrolit interfázisba (SEI). Ez a szivacsos mátrix ott képződik, ahol az anód és az elektrolit találkozik.

„A SEI mátrix lényegében lebomlott elektrolit” – magyarázta Zhang. „Körülveszi az anódról leválasztott, izolált lítium fémdarabokat, és megakadályozza, hogy részt vegyenek bármilyen elektrokémiai reakcióban. Emiatt az izolált lítiumot halottnak tekintjük.”

Az ismételt töltés és kisütés további halott lítium felhalmozódását eredményezi, ami az akkumulátor kapacitásának gyors elvesztését okozza. Tehát egy lítium-fém akkumulátorral rendelkező elektromos autó sokkal gyorsabban veszítene hatótávolságból, mint egy Li-ion hajtású elektromos autó.

Lemeríteni és hagyni pihenni

A Stanfordon végzett korábbi kutatások kimutatták, hogy a SEI mátrix akkor kezd feloldódni, amikor az akkumulátor tétlen. E megállapítás alapján a tanulmányt végző kutatók úgy döntöttek, hogy megvizsgálják, mi történne, ha az akkumulátort lemerült állapotban hagynák pihenni.

Teljesen lemerítették az akkumulátort, így nulla áram futott át rajta, és megállapították, hogy ha az akkumulátor lemerült állapotban csak egy órát pihen, a halott lítiumot körülvevő SEI-mátrix egy része feloldódik.

Amikor a lítium-fém akkumulátort újratöltik, a halott lítium újra csatlakozik az anódhoz, mert kevesebb szilárd tömeg van az útjában. Az anódhoz való újbóli csatlakoztatás visszahozza az elhalt lítiumot, lehetővé téve az akkumulátor számára, hogy több energiát termeljen, és meghosszabbítja a ciklus élettartamát.

A kutatócsoport eleinte úgy gondolta, hogy az energiaveszteség visszafordíthatatlan, de időzített videómikroszkóppal azt találták, hogy a kiesett kapacitás egyszerűen a lemerült akkumulátor pihentetésével helyreállítható.

Gyakorlati alkalmazás

Egy átlagos sofőr az Egyesült Államokban naponta körülbelül egy órát tölt a volán mögött, így nem kizárt, hogy az autó akkumulátorát több órán át pihenteti.

Egy tipikus elektromos jármű 4000 akkumulátort tartalmazhat, amelyek akkumulátorkezelő rendszer által vezérelt modulokba vannak elrendezve. Egy lítium-fém akkumulátorban egy meglévő vezérlőrendszer programozható úgy, hogy az egyes modulokat teljesen lemerítse, így azoknak nulla kapacitása marad.

Zhang szerint: „A protokollunkat olyan gyorsan alkalmazhatja, amilyen gyorsan beírja az akkumulátorkezelő rendszer kódját. Úgy gondoljuk, hogy bizonyos típusú lítium-fém akkumulátorok esetében a lemerült állapotú pihenés önmagában jelentősen megnövelheti az elektromos járművek élettartamát.”

Forrás: electrek.co

Lépjen kapcsolatba velünk

Budapest, Than Károly u. 3, 1119
(1) 371 5936