Naukowcy opracowali nowe rozwiązania do kontrolowania polaryzacji w akumulatorach litowo-jonowych

Naukowcy opracowali niedawno nowe rozwiązania kontrolowania polaryzacji w bateriach litowo-jonowych. W ostatnich latach baterie litowo-jonowe stały się niezbędne w urządzeniach takich jak samochody elektryczne, które odgrywają coraz ważniejszą rolę w życiu ludzi. Jednak osiągnięcie szybkiego ładowania bez kompromitacji gęstości energii stanowiło główną przeszkodę w pełnej elektryfikacji pojazdów korzystających z baterii litowo-jonowych. Wygoda i akceptacja samochodów elektrycznych przez konsumentów zależą także od czynników takich jak zasięg i czas ładowania. Istnieje również obawa dotycząca bezpieczeństwa związanego z użyciem osadzania litu do ultra-szybkiego ładowania, z uwagi na wysoką polaryzację ogniw, co wymaga szczególnej uwagi.

Naukowcy z Uniwersytetu Chung-Ang zaprezentowali innowacje w zakresie projektowania elektrolitów, które mają na celu rozwiązanie tych wyzwań i poprawę czasu ładowania baterii litowo-jonowych powszechnie wykorzystywanych w samochodach elektrycznych.

W swoim badaniu, opublikowanym w magazynie Energy Storage Materials, zespół pod kierownictwem dr. Janghyuk Moon przedstawił innowacyjne rozwiązanie zmniejszenia polaryzacji spowodowanej efektami stężenia. Badania, opublikowane w listopadzie 2023 roku, skupiają się na wykorzystaniu powszechnie stosowanego LiPF6 i węglanów liniowych w bateriach komercyjnych. Poprzez poprawę kinetyki i stabilności baterii w warunkach szybkiego ładowania, naukowcy mają nadzieję wpłynąć na przemysł pojazdów elektrycznych oraz życie ludzkie.

Badania wykazały, że użycie elektrolitów o niskiej energii aktywacji, takich jak węglan dimetylu, węglan etylo-metylowy i węglan dietylowy, zwiększa zdolność baterii litowo-jonowych do szybkiego ładowania. Testy laboratoryjne potwierdziły, że te elektrolity zwiększają zdolność baterii do szybkiego ładowania. Bateria kieszonkowa o pojemności 1,2 Ah zachowała trzykrotnie większą pojemność przez 200 cykli ładowania. Ponadto, te elektrolity zapobiegają rozszerzaniu się ogniw spowodowanemu osadzaniem litu, co jest powszechnym problemem tradycyjnych elektrolitów.

Badanie wykorzystało również „dynamikę molekularną”, aby teoretycznie modelować struktury elektrolitów ciekłych przy różnych stężeniach. Pozwoliło to naukowcom zrozumieć zmiany mikrośrodowiskowe zachodzące w systemie baterii i odkryć, w jaki sposób elektrolity wpływają na kinetykę na granicy faz oraz wydajność baterii. Połączenie badań eksperymentalnych i analizy obliczeniowej podkreśla znaczenie tego badania dla rozwoju technologii baterii, zwłaszcza w praktycznych zastosowaniach, takich jak samochody elektryczne.

Poprawa zdolności baterii do szybkiego ładowania i zwiększenie ich zasięgu ma bezpośredni wpływ na praktyczność i atrakcyjność samochodów elektrycznych dla szerszych grup użytkowników. Jeśli te ulepszenia przyniosą większe wygody ludziom, mogą przyspieszyć powszechne przyjęcie tej technologii. Długoterminowo takie postępy technologiczne mogą odegrać kluczową rolę w zmniejszaniu emisji dwutlenku węgla i w łagodzeniu zmian klimatycznych, mając głęboki wpływ na życie ludzi i zdrowie naszej planety.

Podsumowując, naukowcy zbadali skutki polaryzacji w ogniwach litowo-jonowych i przedstawili metody poprawy, wykorzystując elektrolity wysokostężeniowe. Te badania dostarczają cennych spostrzeżeń dotyczących przyszłych elektrolitów, które mogą umożliwić szybkie ładowanie baterii litowo-jonowych i promować ich szerokie zastosowanie w przyszłych aplikacjach!

Źródło: Uniwersytet Chung-Ang

Dział FAQ oparty na głównych tematach i informacjach zawartych w artykule:

1. Jakie są główne przeszkody związane z szybkim ładowaniem baterii litowo-jonowych w samochodach elektrycznych?
Główną przeszkodą jest osiągnięcie szybkiego ładowania bez kompromitacji gęstości energii. Inne czynniki, takie jak zasięg i czas ładowania, są również istotne dla wygody i akceptacji samochodów elektrycznych przez konsumentów.

2. Jakie innowacje zaprezentowali naukowcy z Uniwersytetu Chung-Ang?
Naukowcy przedstawili innowacyjne rozwiązanie, korzystając z elektrolitów o niskiej energii aktywacji, takich jak węglan dimetylu, węglan etylo-metylowy i węglan dietylowy. Poprawiło to kinetykę i stabilność baterii w warunkach szybkiego ładowania.

3. Jakie korzyści przynosi zastosowanie nowych elektrolitów?
Wykorzystanie elektrolitów o niskiej energii aktywacji pozwala na zwiększenie zdolności szybkiego ładowania baterii litowo-jonowych. Badanie wykazało, że bateria kieszonkowa o pojemności 1,2 Ah zachowała trzykrotnie większą pojemność przez 200 cykli ładowania. Nowe elektrolity także zapobiegają rozszerzaniu się ogniw.

4. Jakie metody badawcze wykorzystano w badaniu?
Badanie wykorzystało „dynamikę molekularną”, aby teoretycznie modelować struktury elektrolitów ciekłych przy różnych stężeniach. Pozwoliło to naukowcom zrozumieć zmiany zachodzące w systemie baterii i wpływ elektrolitów na kinetykę na granicy faz oraz wydajność baterii.

5. Jakie są potencjalne konsekwencje postępów w szybkim ładowaniu baterii litowo-jonowych?
Poprawa zdolności baterii do szybkiego ładowania i zwiększenie ich zasięgu ma bezpośredni wpływ na praktyczność i atrakcyjność samochodów elektrycznych dla szerszych grup użytkowników. Przejście na szybsze ładowanie i większy zasięg może przyspieszyć powszechne przyjęcie samochodów elektrycznych i przyczynić się do zmniejszenia emisji dwutlenku węgla oraz łagodzenia zmian klimatu.

6. Jakie są przyszłe perspektywy związane z wykorzystaniem elektrolitów o niskiej energii aktywacji?
Te badania dostarczają cenne informacje dotyczące przyszłych elektrolitów, które mogą umożliwić szybkie ładowanie baterii litowo-jonowych i promować ich szerokie zastosowanie w przyszłych aplikacjach.

7. Jakie są potencjalne społeczne korzyści wynikające z tych postępów technologicznych?
Postępy technologiczne w szybkim ładowaniu baterii litowo-jonowych mogą odegrać kluczową rolę w zmniejszaniu emisji dwutlenku węgla i łagodzeniu zmian klimatycznych. Stanowią one ważny krok w kierunku tworzenia bardziej zrównoważonych środowisk oraz wpływają na zdrowie ludzkie i naszą planetę.