Új lítium akkumulátort fejlesztettek ki, ami tovább tart és kevesebb, mint 5 perc alatt feltöltődik

A Cornell Egyetem mérnökcsapata létrehozott egy új lítium akkumulátort, amely kevesebb mint öt perc alatt tölthető fel -gyorsabban, mint bár...

Kína új hyperloop vonata sikeresen teljesítette az első tesztüzemeket

Ugandában ingyen lecserélik a belső égésű motorkerékpárokat elektromos motorokra

Egy újonnan kifejlesztett szilárdtest akkumulátor soha nem veszíti el a töltési kapacitását

A Cornell Egyetem mérnökcsapata létrehozott egy új lítium akkumulátort, amely kevesebb mint öt perc alatt tölthető fel -gyorsabban, mint bármely hasonló akkumulátor a piacon -, miközben stabil teljesítményt nyújt a hosszabb töltési és kisütési ciklusok során.

Az áttörés enyhítheti a "hatótávolsággal kapcsolatos aggodalmakat" a járművezetők körében, akik aggódnak, hogy az elektromos járművek nem tudnak nagy távolságokat megtenni időigényes feltöltés nélkül.

"A hatótávolsággal kapcsolatos aggodalom nagyobb akadályt jelent a közlekedés villamosításában, mint bármely más akadály, például az akkumulátorok költsége és képessége, és azonosítottunk egy utat, amellyel ezt racionális elektródatervezéssel kiküszöbölhetjük," - mondta Lynden Archer, a Cornell mérnök professzora, aki felügyelte a projektet.

"Ha öt perc alatt fel tudunk tölteni egy EV akkumulátort, akkor nem kell olyan akkumulátor, amely elég nagy ahhoz, hogy 300 mérföldes hatótávolságot érjen el. Megelégedhetünk kevesebbel, ami csökkentheti az elektromos járművek költségeit, lehetővé téve a szélesebb körű elfogadást."

A csapat "Gyorstöltés, hosszú távú tárolás lítium akkumulátorokban" című tanulmánya január 16-án jelent meg Joule folyóiratban. A vezető szerző Shuo Jin, kémiai és biomolekuláris mérnöki doktorandusz. (1)

A lítium-ion akkumulátorok az elektromos járművek és okostelefonok meghajtásának legnépszerűbb eszközei közé tartoznak. Az akkumulátorok könnyűek, megbízhatóak és viszonylag energiatakarékosak. A töltés azonban órákat vesz igénybe, és nincs kapacitásuk a nagy áramlökések kezelésére.

"Célunk az volt, hogy olyan akkumulátor elektródákat hozzunk létre, amelyek a napi rutinhoz igazodva töltődnek és sülnek ki," - mondta Jin.

"Gyakorlatilag azt szeretnénk, ha elektronikus eszközeink gyorsan töltődnének és hosszabb ideig működnének. Ennek elérése érdekében azonosítottunk egy egyedülálló indium-anód anyagot, amely hatékonyan párosítható különböző katódanyagokkal, hogy olyan akkumulátort hozzunk létre, amely gyorsan töltődik és lassan merül."

Archer laboratóriuma korábban arra összpontosítva közelítette meg az akkumulátorok tervezését, hogy az ionok hogyan mozognak az elektrolitokban és kristályosodnak a fém anódok határfelületein, majd ezt a tudást arra használták, hogy manipulálják az elektróda morfológiáját, hogy biztonságosabb anódokat hozzanak létre a hosszú távú tároláshoz.

Az új lítium akkumulátorukhoz a kutatók más megközelítést alkalmaztak, és az elektrokémiai reakciók kinetikájára összpontosítottak, különösen a "Damköhler-számnak" nevezett vegyészmérnöki koncepciót alkalmazva. Ez lényegében a kémiai reakciók sebességének mértéke ahhoz a sebességhez viszonyítva, amellyel az anyag a reakcióhelyre kerül.

Az akkumulátor elektródák anyagainak azonosítása eredendően gyors szilárdtest-szállítási sebességgel, és ezáltal alacsony Damköhler-számokkal segített a kutatóknak meghatározni az indiumot, mint kivételesen ígéretes anyagot az akkumulátorok gyors töltéséhez.

Az indium egy puha fém, amelyet leginkább érintőképernyős kijelzők és napelemek indium-ón-oxid bevonatainak előállítására használnak. Az alacsony hőmérsékletű forrasztásban az ólom helyettesítésére is használják.

Az új tanulmány azt mutatja, hogy az indiumnak két kulcsfontosságú jellemzője van akkumulátor anódként: rendkívül alacsony a migrációs energiagátja, amely meghatározza az ionok diffundálásának sebességét szilárd állapotban; és szerény csereáram-sűrűséggel rendelkezik, amely az ionok anódban történő redukciójának sebességéhez kapcsolódik. Ezeknek a tulajdonságoknak a kombinációja - gyors diffúzió és lassú felületi reakció kinetika - elengedhetetlen a gyors töltéshez és a hosszú távú tároláshoz.

"A legfontosabb újítás az, hogy felfedeztünk egy olyan tervezési elvet, amely lehetővé teszi, hogy az akkumulátor anódján lévő fémionok szabadon mozogjanak, megtalálják a megfelelő konfigurációt, és csak ezután vegyenek részt a töltéstárolási reakcióban," - mondta Archer.

"A végeredmény az, hogy az elektróda minden töltési ciklusban stabil morfológiai állapotban van. Pontosan ez teszi lehetővé új gyorstöltő akkumulátoraink számára, hogy több ezer cikluson keresztül lehessen tölteni és lemeríteni őket."

Ez a technológia az utakon történő vezeték nélküli indukciós töltéssel párosítva csökkentené az akkumulátorok méretét és költségeit, így az elektromos közlekedés életképesebb lehetőséggé válna a járművezetők számára.

Ez azonban nem jelenti azt, hogy az indium-anódok tökéletesek vagy akár praktikusak.

"Bár ez az eredmény izgalmas, mivel megmutatja, hogyan juthatunk el a gyorstöltő akkumulátorokhoz, az indium nehéz anyag," - mondta Archer.

"Ebben rejlik a számítógépes kémiai modellezés lehetősége, talán generatív MI eszközök használatával, hogy megtudjuk, milyen más könnyű anyagok érhetik el ugyanazt a belsőleg alacsony Damköhler-számot. Például vannak-e olyan fémötvözetek, amelyeket még soha nem tanulmányoztunk, és amelyek rendelkeznek a kívánt jellemzőkkel? Ez az, ahonnan az elégedettségem származik, hogy van egy általános elv, amely lehetővé teszi bárki számára, hogy jobb akkumulátor-anódot tervezzen, amely gyorsabb töltési sebességet ér el, mint a legmodernebb technológia." (2)

(1) - https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542
(2) - https://news.cornell.edu/stories/2024/01/