Naukowcy z Dalhousie University dokonali przełomu w technologii akumulatorów litowo-jonowych, tworząc ogniwo z elektrodą monokrystaliczną, które wytrzymuje ponad 20 000 cykli ładowania i rozładowania, zachowując przy tym aż 80 proc. swojej pojemności. To odkrycie ma ogromne znaczenie dla przyszłości samochodów elektrycznych, ponieważ pozwala na znaczne przedłużenie życia baterii, co przekłada się na większą trwałość samochodów i mniejsze oddziaływanie na środowisko.
Czytaj też: Honda przyspiesza rozwój akumulatorów przyszłości. Nowa linia produkcyjna gotowa do działania
Badanie zostało przeprowadzone przy użyciu zaawansowanego synchrotronu Canadian Light Source (CLS) na University of Saskatchewan. Dzięki tej technologii naukowcy mogli analizować strukturę akumulatorów na poziomie mikroskopijnym bez konieczności ich demontażu.
Ten akumulator może tchnąć nowe życie w cały segment EV
Uzyskane wyniki pokazują, że akumulator z elektrodą monokrystaliczną mogłaby w praktyce zapewnić zasięg bliski 8 milionów km. To oznacza, że taka technologia mogłaby potencjalnie przetrwać znacznie dłużej niż typowe komponenty samochodów elektrycznych. W Stanach Zjednoczonych istnieje już wymóg prawny, aby ogniwa zachowywały co najmniej 80 proc. swojej pojemności po 8 latach eksploatacji. Jednak eksperci z branży uważają, że konieczne jest opracowanie technologii, która pozwoliłaby na jeszcze większą trwałość akumulatorów.
Czytaj też: Nowy akumulator protonowy bije klasyczne ogniwa litowe na głowę
W konwencjonalnym ogniwie litowo-jonowym, ruchy jonów litu prowadzą do rozszerzeń i skurczów materiału elektrody, co z czasem tworzy mikroskopijne pęknięcia. W rezultacie elektroda ulega zniszczeniu i rozdrobnieniu na małe cząstki. Jednak w przypadku baterii z elektrodą monokrystaliczną, takie uszkodzenia są praktycznie niewidoczne. Badacze nie mogli odróżnić nowego ogniwa od tego, które było testowane przez 6 lat, co świadczy o jego wyjątkowej trwałości.
Badania wykazały, że głównym czynnikiem wpływającym na trwałość baterii jest struktura materiału elektrod. W konwencjonalnej baterii elektrody składają się z małych cząstek o grubości ok. 50 razy cieńszej niż ludzki włos. Te cząstki są skupione w strukturze przypominającej płatki śniegu, co sprawia, że są podatne na uszkodzenia w wyniku skurczów i rozszerzeń materiału.
Natomiast elektroda monokrystaliczna przypomina większą “kostkę lodu”, co sprawia, że jest znacznie bardziej odporna na stres mechaniczny. Dzięki temu, baterie te mogą wytrzymać znacznie więcej cykli ładowania i rozładowania bez utraty pojemności. Naukowcy są przekonani, że taka technologia będzie kluczowa dla przyszłości samochodów elektrycznych. Przewidują, że ogniwa litowo-jonowe z monokrystalicznymi elektrodami nie tylko będą wykorzystywane w EV, ale także po zakończeniu ich cyklu życia, zyskają nową funkcjonalność, np. w farmach wiatrowych lub słonecznych.
Badania nad ogniwami litowo-jonowymi z monokrystaliczną elektrodą są wspierane przez Tesla Canada oraz Natural Sciences and Engineering Research Council (NSERC). Wyniki tego projektu zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie naukowym Journal of The Electrochemical Society, a technologie mają trafić na rynek w nadchodzących latach.