στις 7 Φεβρουαρίου στο περιοδικό Nature, διαπίστωσε ότι αυτή η απλή προσέγγιση αποκατέστησε τη χωρητικότητα της μπαταρίας και ενίσχυσε τη συνολική απόδοση. Ο συν-επικεφαλής της μελέτης συγγραφέας Wenbo Zhang, διδάκτορας στο Stanford στην επιστήμη και τη μηχανική υλικών, είπε: Ψάχναμε για τον ευκολότερο, φθηνότερο και ταχύτερο τρόπο για να βελτιώσουμε τη διάρκεια ζωής του μετάλλου λιθίου. Ανακαλύψαμε ότι αφήνοντας την μπαταρία σε κατάσταση αποφόρτισης, η χαμένη χωρητικότητα μπορεί να ανακτηθεί και να αυξηθεί η διάρκεια του κύκλου.
Αυτές οι βελτιώσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν απλώς με τον επαναπρογραμματισμό του λογισμικού διαχείρισης μπαταρίας, χωρίς πρόσθετο κόστος ή αλλαγές που απαιτούνται για τον εξοπλισμό, τα υλικά ή τη ροή παραγωγής.
Τα αποτελέσματα της μελέτης θα μπορούσαν να παρέχουν στους κατασκευαστές EV πρακτικές γνώσεις για την προσαρμογή της τεχνολογίας μετάλλου λιθίου στις πραγματικές συνθήκες οδήγησης.
Λίθιο-μέταλλο έναντι ιόντων λιθίου
Οι μπαταρίες λιθίου μετάλλου θα μπορούσαν να διπλασιάσουν την εμβέλεια των ηλεκτρικών οχημάτων, αλλά χάνουν γρήγορα την ικανότητά τους να αποθηκεύουν ενέργεια μετά από μερικούς μόλις κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης, καθιστώντας τες άχρηστες για οδήγηση ρουτίνας.
Μια συμβατική μπαταρία ιόντων λιθίου αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια - μια άνοδο γραφίτη και μια κάθοδο οξειδίου μετάλλου λιθίου - που χωρίζονται από έναν υγρό ή στερεό ηλεκτρολύτη που μεταφέρει ιόντα λιθίου εμπρός και πίσω.
Σε μια μπαταρία λιθίου μετάλλου, η άνοδος γραφίτη αντικαθίσταται με ηλεκτρολυμένο μέταλλο λιθίου, το οποίο της επιτρέπει να αποθηκεύει διπλάσια ενέργεια από μια μπαταρία ιόντων λιθίου στον ίδιο χώρο. Η άνοδος λιθίου-μετάλλου ζυγίζει επίσης λιγότερο από την άνοδο γραφίτη, η οποία είναι απαραίτητη για τα EV. Οι μπαταρίες λιθίου μετάλλου μπορούν να κρατήσουν τουλάχιστον το ένα τρίτο περισσότερη ενέργεια ανά κιλό από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Όταν μια μπαταρία λιθίου-μετάλλου αποφορτίζεται, κομμάτια μετάλλου λιθίου μεγέθους μικρού απομονώνονται και παγιδεύονται στην ενδιάμεση φάση του στερεού ηλεκτρολύτη (SEI). Αυτή η σπογγώδης μήτρα σχηματίζεται εκεί όπου συναντώνται η άνοδος και ο ηλεκτρολύτης.
«Η μήτρα SEI είναι ουσιαστικά αποσυντεθειμένος ηλεκτρολύτης», εξήγησε ο Zhang. «Περιβάλλει απομονωμένα κομμάτια μετάλλου λιθίου που έχουν αφαιρεθεί από την άνοδο και τα εμποδίζει να συμμετέχουν σε ηλεκτροχημικές αντιδράσεις. Για αυτόν τον λόγο, θεωρούμε το απομονωμένο λίθιο νεκρό».
Η επαναλαμβανόμενη φόρτιση και αποφόρτιση έχει ως αποτέλεσμα τη συσσώρευση επιπλέον νεκρού λιθίου, με αποτέλεσμα η μπαταρία να χάνει γρήγορα τη χωρητικότητά της. Έτσι, ένα EV με μπαταρία λιθίου-μετάλλου θα έχανε εμβέλεια πολύ πιο γρήγορα από ένα ηλεκτρικό ηλεκτρικό ηλεκτρικό λιθίου.
Στραγγίστε το και αφήστε το να καθίσει
Προηγούμενη έρευνα στο Stanford διαπίστωσε ότι η μήτρα SEI αρχίζει να διαλύεται όταν η μπαταρία είναι σε αδράνεια. Με βάση αυτό το εύρημα, οι ερευνητές που διεξήγαγαν αυτή τη μελέτη αποφάσισαν να δουν τι θα συνέβαινε εάν η μπαταρία αφεθεί να ηρεμήσει ενώ ήταν αποφορτισμένη.
Αποφόρτισαν πλήρως την μπαταρία, ώστε να διέρχεται μηδενικό ρεύμα και διαπίστωσαν ότι εάν η μπαταρία παραμείνει σε κατάσταση αποφόρτισης για μόλις μία ώρα, μέρος της μήτρας SEI που περιβάλλει το νεκρό λίθιο διαλύεται.
Όταν η μπαταρία λιθίου-μετάλλου επαναφορτιστεί, το νεκρό λίθιο θα επανασυνδεθεί με την άνοδο επειδή υπάρχει λιγότερη στερεή μάζα στο δρόμο. Η επανασύνδεση με την άνοδο επαναφέρει στη ζωή το νεκρό λίθιο, επιτρέποντας στην μπαταρία να παράγει περισσότερη ενέργεια και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της.
Η ερευνητική ομάδα αρχικά θεώρησε ότι η απώλεια ενέργειας ήταν μη αναστρέψιμη, αλλά χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο βίντεο time-lapse, διαπίστωσε ότι η χαμένη χωρητικότητα θα μπορούσε να ανακτηθεί απλώς με την ανάπαυση της αποφορτισμένης μπαταρίας.
Ν. Παλ.