Οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων είναι απαραίτητες για τις σύγχρονες συσκευές, όπως τα ηλεκτρικά οχήματα, τα οποία παίζουν όλο και πιο σημαντικό ρόλο στη ζωή των ανθρώπων. Ωστόσο, το κύριο εμπόδιο για την πλήρη ηλεκτρική ενσωμάτωση οχημάτων με τη χρήση των μπαταριών λιθίου-ιόντων είναι η επίτευξη γρήγορης φόρτισης χωρίς να επηρεάζεται η ενεργειακή τους πυκνότητα. Η αποδοχή των ηλεκτρικών οχημάτων από τους καταναλωτές και η άνεση της χρήσης τους επηρεάζονται επίσης από παράγοντες όπως η αυτονομία και ο χρόνος φόρτισης. Ωστόσο, η χρήση επικάθισης μετάλλου για την υπέρ-γρήγορη φόρτιση προκαλεί ανησυχίες για την ασφάλεια λόγω της υψηλής πολωτικότητας των κυττάρων. Μια προσεκτική και ακριβής προσέγγιση είναι απαραίτητη.
Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό “Energy Storage Materials” από τον καθηγητή Janghyuk Moon του Πανεπιστημίου Chung-Ang, παρουσιάστηκε μια καινοτόμος στρατηγική για την απομάκρυνση της πολωτικότητας που προκαλείται από τις επιπτώσεις συγκέντρωσης για να αντιμετωπιστεί αυτή η πρόκληση. Η έρευνα δημοσιεύθηκε online στις 30 Σεπτεμβρίου 2023 και τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν τον Νοέμβριο του ίδιου έτους. Σύμφωνα με τον Δρ. Moon, “Σκοπός της μελέτης μας είναι να αυξήσουμε την απόσταση και να μειώσουμε τον χρόνο φόρτισης των ηλεκτρικών οχημάτων μέσω της ανάπτυξης προηγμένων τεχνολογιών μπαταριών με την χρήση χημικών ενώσεων που εφαρμόζονται κανονικά, όπως το LiPF6 και τα γραμμικά ανθρακονήματα. Με τη βελτίωση της κινητικότητας και της σταθερότητας των μπαταριών κάτω από συνθήκες γρήγορης φόρτισης, ελπίζουμε να έχουμε αντίκτυπο στον τομέα των ηλεκτρικών οχημάτων και, κατ’ επέκταση, στην καθημερινή ζωή των ανθρώπων.”
Η μελέτη επικεντρώθηκε στην έρευνα της επίδρασης της χρήσης συγκεκριμένων ηλεκτρολυτών, όπως γραμμικά ανθρακονήματα με συγκέντρωση LiPF6, στη διαδικασία απομάκρυνσης του Li-ion και της γρήγορης εισαγωγής του σε μια γραφένιο ανόδου. Για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος, εφαρμόστηκαν ηλεκτρολύτες με χαμηλή ενεργοποίηση, όπως διμεθυλική οξείδιο, ηθυλομεθυλική οξείδιο και διαιθυλική οξείδιο, με ιδιαίτερη έμφαση στη διμεθυλική οξείδιο, η οποία επέτρεψε την υπέρβαση του φραγμού απομάκρυνσης. Οι εργαστηριακές δοκιμές επιβεβαίωσαν ότι αυτοί οι ηλεκτρολύτες ενισχύουν τη δυνατότητα γρήγορης φόρτισης των μπαταριών λιθίου-ιόντων, όπως αποδεικνύεται από ένα κυψελίδωτο κύτταρο 1,2 Ah που διατηρεί τριπλάσια χωρητικότητα για πάνω από 200 κύκλους. Επιπλέον, αποτρέπουν το οίδημα των κυττάρων που προκαλείται από την επίκλιση πεσμένων μετάλλων, ένα συνηθισμένο πρόβλημα που σχετίζεται με παραδοσιακούς ηλεκτρολύτες.
Η μελέτη χρησιμοποίησε επίσης τη “μοριακή δυναμική” για τη θεωρητική προσομοίωση των δομών υγρών ηλεκτρολυτών σε διάφορες συγκεντρώσεις, τόσο υψηλές όσο και χαμηλές. Οι προσομοιώσεις αυτές είχαν ως στόχο την κατανόηση των μικροπεριβαλλοντικών αλλαγών εντός του συστήματος της μπαταρίας, παρέχοντας εισαγωγές σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι ηλεκτρολύτες επηρεάζουν τη διεπαφή κινητικής και την απόδοση της μπαταρίας. Αυτή η συνδυασμένη προσέγγιση πειραματισμού και υπολογιστικής ανάλυσης τονίζει τη σημασία αυτής της έρευνας για την ανάπτυξη της τεχνολογίας μπαταριών σε πρακτικές εφαρμογές, ειδικά στα ηλεκτρικά οχήματα.
“Με τη βελτίωση της απόδοσης των μπαταριών σε όρους ταχύτερης φόρτισης και μεγαλύτερης αυτονομίας, αυτή η μελέτη συμβάλλει απευθείας στην καθιέρωση των ηλεκτρικών οχημάτων ως πιο πρακτική και ελκυστική επιλογή για μια ευρύτερη γκάμα χρηστών. Εάν οδηγήσει σε μεγαλύτερη άνεση για τους ανθρώπους, μπορεί να ενισχύσει περαιτέρω την ευρεία αποδοχή αυτών των οχημάτων. Με τον καιρό, τέτοιες τεχνολογικές προόδους μπορούν να έχουν κρίσιμο ρόλο στη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα και στην αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής, επηρεάζοντας βαθιά τη ζωή των ανθρώπων και την υγεία του πλανήτη μας”, προβλέπει ο Δρ. Moon για το μέλλον.
Συνοψίζοντας, οι ερευνητές διερεύνησαν την επίδραση της πολωτικότητας των κυττάρων που προκαλεί αποτλεσματική επίστρωση μετάλλου στις μπαταρίες λιθίου-ιόντων και παρουσίασαν μια σταδιακή βελτίωση στη διεπαφική κινητικότητα μέσω της μηχανικής των ηλεκτρολυτών υψηλής συγκέντρωσης και των πρόσθετων. Επομένως, αυτή η μελέτη παρέχει σημαντικές εισαγωγές για μελλοντικούς ηλεκτρολύτες που μπορούν να ενισχύσουν τις δυνατότητες των μπαταριών λιθίου-ιόντων για υπερ-γρήγορη φόρτιση, προωθώντας έτσι την ευρεία υιοθέτηση των μπαταριών λιθίου-ιόντων σε εφαρμογές της επόμενης γενιάς.
Πηγή:
Τίτλος αρχικού άρθρου: “Ενίσχυση των κινήσεων διεπαφής σε ακατέπειστες γρήγορες επαναφορτιζόμενες μπαταρίες Li-ion με ηλεκτρολύτες με βάση τα γραμμικά άνθρακες και συγκεντρωμένο ηλεκτρολύτη LiPF6”
Περιοδικό: “Energy Storage Materials”
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.102995
Σχετικά με το Πανεπιστήμιο Chung-Ang: URL
The source of the article is from the blog mendozaextremo.com.ar