Ezúttal nem a nagyobb akkumulátorokról van szó, hanem a cellában lévő elektrolitról. Ez befolyásolja, hogy a lítiumionok milyen jól mozognak, és mennyire stabil az akkumulátor még fagypont alatt is. Ez különösen izgalmas az elektromos autók esetében.
A Nankai Egyetem csapata új elektrolitot fejlesztett ki lítium-fém akkumulátorokhoz. A szokásos oxigént vagy nitrogént tartalmazó oldószerek helyett a tudósok fluortartalmú vegyületeket használtak. Ez egy eltérő kémiai megközelítést igényel a cellán belül. Zhao Qing így magyarázza: „A lítiumsók fluor-koordináción keresztüli oldásának kulcsa a fluoratomok elektronsűrűségének és az oldószermolekulák sztérikus gátlásának szabályozásában rejlik.”
Miért segít most meglepően okosan az akkumulátorkémia?
Míg a korábbi elektrolitok megbízhatóan oldották a lítiumsókat, terhelés alatt hátrányokkal járnak. A töltésátvitel az elektróda határfelületén ilyenkor kevésbé hatékony. Ez csökkenti a teljesítményt, különösen hideg hőmérsékleten. Az új kémia célja ennek a szűk keresztmetszetnek az enyhítése. Az 1,3-difluor-propánnak, vagy röviden DFP-nek nevezett anyag különösen hatékonynak bizonyult.
Az adatok figyelemre méltóak. A DFP elektrolit nagyon alacsony, 0,95 cP viszkozitást ért el. Az oxidációs stabilitás meghaladta a 4,9 voltot. Még mínusz 70 Celsius-fokon is 0,29 mS/centiméter ionvezető képességet sikerült fenntartani. Ez azért fontos, mert sok akkumulátor jelentősen lebomlik, vagy nem működik hatékonyan extrém hidegben.
Így az új megoldás jelentősen javítja az elektromos autók hatótávolságát hideg időben.
A kész cellák értékei különösen lenyűgözőek. Az újonnan épített lítium-fém tasakcellák szobahőmérsékleten több mint 1540 wattórát értek el kilogrammonként. Még mínusz 50 Celsius-fokon is körülbelül 880 wattórát értek el kilogrammonként. Az adatok szerint a hagyományos lítium akkumulátorok szobahőmérsékleten körülbelül 300 wattórát, mínusz 20 Celsius-fokon pedig körülbelül 150 wattórát kilogrammonként érnek el.
Elektromos autók esetében ez azt jelenti, hogy ha ugyanannyi súly mellett lényegesen több energiát tárolnak, akkor az elméletileg lehetséges hatótávolság is növekszik. A szöveg két-háromszor nagyobb energiatároló kapacitást említ. Ez elméletileg egy átlagos, körülbelül 500-600 kilométeres hatótávolságot nagyjából 1000 kilométerre növelhetne. Ez nem reális adat a mindennapi autók esetében, de jól mutatja a laboratóriumi tesztek során elért jelentős javulást.
A hideg hőmérséklet sok akkumulátor idő előtti meghibásodásához vezet – itt a teljesítmény stabil marad.
Ehhez járul még a töltés és kisütés közbeni stabilitás. A fluor és a lítium közötti gyengébb kötés megkönnyíti az anódnál zajló folyamatot. A Coulomb-hatásfok akár 99,7 százalékra is megnőtt. Mínusz 50 Celsius-fokon a kicserélési áramsűrűség a forrás szerint tízszer nagyobb volt, mint az oxigénalapú rendszerekben. Más szóval, az akkumulátorban a reakciók észrevehetően gyorsabban zajlottak le.
Ez nemcsak az autók számára teszi érdekessé a megközelítést. A drónok, robotok, űrtechnológia és a megújuló energiák tárolórendszerei is profitálhatnak belőle. Ezekben az alkalmazásokban a kihívást jelentő körülmények közötti teljesítmény gyakran többet számít, mint az alacsony tömegpiaci ár. A kínai sajtóközlemény szerint az új akkumulátor „olyan előnyöket kínál, mint a magas fajlagos energia és az alacsony hőmérséklettel szembeni tolerancia”.
Egy probléma továbbra is fennáll, és lassítja a tömegtermelést.
A technológia még nem teljesen kidolgozott. Egy kérdés továbbra is problémákat okoz: a magas hőmérséklet. Ahhoz, hogy az elektrolit számos éghajlati zónában alkalmas legyen a használatra, meg kell emelni a forráspontját. Csak akkor lenne szabad az út a szélesebb körű alkalmazáshoz. Ez az egyik oka annak, hogy a tömegtermeléshez képest továbbra is jelentős a különbség.
Mindazonáltal az irány egyértelmű. Az előrelépés itt nem kívülről, nem a nagyobb akkumulátorcsomagokból és nem egy radikálisan eltérő járműtervezésből fakad. Magából a cellából fakad. Ott, ahol a folyadékot sokáig nem feltűnő alkatrésznek tekintették, meghatározható egy elektromos autó téli hatótávolságának jövője.
Röviden: Nem egy nagyobb akkumulátor, hanem egy új kínai elektrolit kelt feltűnést: úgy tervezték, hogy az akkumulátorok jelentősen hatékonyabbak legyenek, még extrém hidegben is.
A laboratóriumban a cellák mínusz 50 és mínusz 70 Celsius fok között is figyelemre méltóan stabilak maradtak, és lényegesen több energiát tároltak, mint a mai standard akkumulátorok.
Ez különösen fontos lenne az elektromos autók esetében télen: nagyobb hatótávolság fagypont alatt, de még nem megoldás a tömegpiac számára, mert a technológia még további fejlesztésre szorul a magas hőmérsékletekhez – írja a focus.de.
