Cercetătorii de la la Universitatea de Știință și Tehnologie Pohang din Coreea de Sud au dezvoltat o tehnologie care promite să rezolve marea problemă a automobilelor electrice – autonomia. Anxietatea legată de autonomia vehiculelor electrice (VE) ar putea fi în curând de domeniul trecutului datorită unei descoperiri în tehnologia bateriilor, care ar putea oferi VE-urilor o autonomie de peste 620 de mile (1.000 de kilometri).
EV-urile din prezent au o autonomie medie de 480 km. Recordul de autonomie îi aparține modelului Lucid Air, de 800 de kilometri cu o singură încărcare. Aceste performanțe tind să devină de domeniul trecutului.
Într-un nou studiu, publicat în revista Advanced Science, cercetătorii de la la Universitatea de Știință și Tehnologie Pohang din Coreea de Sud au anunțat o o invenție foarte interesantă – o baterie electrică bazată pe gel.
Cercetătorii au folosit particule mici de siliciu și un electrolit pe bază de gel pentru a exploata capacitatea de încărcare ridicată a anozilor de siliciu din bateriile litiu-ion.
Încărcarea funcționează invers, cu ioni de litiu pozitivi care se întorc la anod și electroni care circulă înapoi printr-un circuit către terminal pe măsură ce acesta capătă o sarcină pozitivă. Atunci când nu mai pot curge niciun ion către nod – acum, din punct de vedere tehnic, un catod – bateria este considerată complet încărcată.
Siliciul a fost explorat pe scară largă ca un candidat pentru anodul bateriilor litiu-ion, deoarece poate reține de 10 ori mai mulți ioni de litiu decât anozii echivalenți din grafit – care sunt utilizați în prezent în majoritatea bateriilor litiu-ion.
Dar siliciul se extinde de până la trei ori mai mult decât dimensiunea sa atunci când primește o sarcină, ceea ce poate deteriora bateria. Siliciul la scară nanometrică poate atenua această problemă, dar un astfel de sistem necesită un proces de producție complex și costisitor.
Cu toate acestea, în noul studiu, oamenii de știință au optat pentru particule de siliciu la scară micrometrică legate de un electrolit de gel elastic care dispersează stresul intern cauzat de un anod de siliciu în expansiune. Acest lucru previne degradarea bateriei fără a compromite conductivitatea.
Deoarece particulele la scară micrometrică sunt de 1.000 de ori mai mari decât echivalentele nanometrice, acest nou sistem de baterii deschide calea pentru anozi de siliciu cu capacitate de încărcare mare, fără a fi nevoie de o producție costisitoare.
„Am folosit un anod de microsiliciu, însă avem o baterie stabilă. Această cercetare ne aduce mai aproape de un sistem real de baterii litiu-ion de înaltă densitate energetică”, a declarat Soojin Park, profesor de chimie la Universitatea de Știință și Tehnologie Pohang din Coreea de Sud.
Vrei să treci pe electric? Mașinile electrice second hand își pierd dramatic din valoare
O revoluție tehnologică?
Pentru a face ca acest sistem de electrolit silicon-gel să funcționeze, cercetătorii au iradiat un polimer pe bază de gel cu un fascicul de electroni pentru a forma legături covalente între particulele de siliciu la scară micrometrică și electrolit.
Prin legarea anodului și a electrolitului, aceasta permite naturii elastice a gelului să absoarbă și să disipeze stresul provocat de expansiunea siliciului. Gelul electrolit poate, de asemenea, să atenueze o parte din fisurile care apar atunci când siliciul se dilată, îmbunătățind astfel stabilitatea structurală a electrodului de siliciu; teoretic, acest lucru ar trebui să ducă la baterii litiu-ion cu durată de viață mai lungă.
Rezultatul general a fost o baterie cu litiu cu „o îmbunătățire de aproximativ 40% a densității energetice” și o conductivitate ionică similară cu cea a bateriilor care utilizează un electrolit lichid.
În termeni simpli, acest lucru înseamnă o baterie litiu-ion care poate reține mai mulți ioni încărcați pozitiv – având în esență o capacitate energetică mai mare – păstrând în același timp un transfer eficient de energie.
În lumea reală, acest lucru ar putea însemna o durată de viață mai mare a bateriei pentru dispozitivele de consum, în timp ce bateriile pentru vehicule electrice ar putea avea o autonomie de peste 1000 km cu o singură încărcare.
În comparație cu particulele de siliciu la scară nanometrică, cercetătorii au mai spus că un sistem de particule de siliciu la scară micrometrică ar putea fi mai eficient din punct de vedere al costurilor și s-ar putea integra aproape imediat în metodele de producție actuale.
„Strategia de integrare, care implică pur și simplu aplicarea unui fascicul de electroni, poate fi implementată cu ușurință în liniile de producție de baterii existente”, au precizat cercetătorii.
Mașinile electrice au nevoie de cauciucuri speciale. Află de ce!