Nova vrstabaterija za električna vozilamogu dulje preživjeti na ekstremno visokim i niskim temperaturama, prema nedavnoj studiji.

Znanstvenici kažu da bi baterije omogućile električnim vozilima da putuju dalje s jednim punjenjem na niskim temperaturama - i da bi bila manje sklona pregrijavanju u vrućim klimama.

To bi rezultiralo rjeđim punjenjem za vozače električnih vozila, kao ibaterijedulji život.

Američki istraživački tim stvorio je novu tvar koja je kemijski otpornija na ekstremne temperature i dodaje se visokoenergetskim litijevim baterijama.

„Potreban je rad na visokim temperaturama u područjima gdje temperatura okoline može doseći troznamenkaste vrijednosti, a ceste postaju još toplije“, rekao je glavni autor, profesor Zheng Chen sa Sveučilišta Kalifornija-San Diego.

„U električnim vozilima, baterijski paketi se obično nalaze ispod poda, blizu ovih vrućih cesta. Također, baterije se zagrijavaju samo zbog protoka struje tijekom rada.“

„Ako baterije ne mogu podnijeti ovo zagrijavanje na visokoj temperaturi, njihove će se performanse brzo pogoršati.“

U radu objavljenom u ponedjeljak u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences, istraživači opisuju kako su u testovima baterije zadržale 87,5 posto i 115,9 posto svog energetskog kapaciteta na -40 Celzijusa (-104 Fahrenheita) odnosno 50 Celzijusa (122 Fahrenheita).

Također su imale visoku Coulombovu učinkovitost od 98,2 posto odnosno 98,7 posto, što znači da baterije mogu proći kroz više ciklusa punjenja prije nego što prestanu raditi.

To je zbog elektrolita koji je napravljen od litijeve soli i dibutil etera, bezbojne tekućine koja se koristi u nekim proizvodnjama poput lijekova i pesticida.

Dibutil eter pomaže jer se njegove molekule ne miješaju lako s litijevim ionima dok baterija radi i poboljšava njezine performanse na temperaturama ispod nule.

Osim toga, dibutil eter lako podnosi toplinu na svojoj točki vrelišta od 141 stupnja Celzija (285,8 stupnjeva Fahrenheita), što znači da ostaje tekući na visokim temperaturama.

Ono što ovaj elektrolit čini tako posebnim jest to što se može koristiti s litij-sumpornom baterijom, koja se može puniti i ima anodu od litija i katodu od sumpora.

Anode i katode su dijelovi baterije kroz koje prolazi električna struja.

Litij-sumporne baterije značajan su sljedeći korak u baterijama za električna vozila jer mogu pohraniti do dva puta više energije po kilogramu od trenutnih litij-ionskih baterija.

To bi moglo udvostručiti domet električnih vozila bez povećanja težinebaterijapakirati uz smanjenje troškova.

Sumpor je također obilniji i uzrokuje manje ekološke i ljudske patnje od kobalta, koji se koristi u tradicionalnim katodama litij-ionskih baterija.

Tipično, postoji problem s litij-sumpornim baterijama - sumporne katode su toliko reaktivne da se otapaju kada baterija radi, a to se pogoršava na višim temperaturama.

A litijeve metalne anode mogu formirati igličaste strukture zvane dendriti koji mogu probiti dijelove baterije zbog kratkog spoja.

Kao rezultat toga, ove baterije traju samo do nekoliko desetaka ciklusa.

Dibutil eter elektrolit koji je razvio tim UC-San Diego rješava ove probleme, čak i na ekstremnim temperaturama.

Baterije koje su testirali imale su puno dulji ciklički vijek trajanja od tipične litij-sumporne baterije.

„Ako želite bateriju s visokom gustoćom energije, obično morate koristiti vrlo oštru, kompliciranu kemiju“, rekao je Chen.

„Visoka energija znači da se događa više reakcija, što znači manje stabilnosti, više degradacije.“

„Izrada visokoenergetske baterije koja je stabilna sama po sebi je težak zadatak – pokušaj da se to postigne kroz širok temperaturni raspon još je izazovniji.“

„Naš elektrolit pomaže u poboljšanju i katodne i anodne strane, a istovremeno pruža visoku vodljivost i međupovršinsku stabilnost.“

Tim je također konstruirao sumpornu katodu da bude stabilnija cijepljenjem na polimer. To sprječava otapanje više sumpora u elektrolitu.

Sljedeći koraci uključuju povećanje kemijskog sastava baterije kako bi radila na još višim temperaturama i dodatno produžila vijek trajanja ciklusa.