Americanii au dezvoltat o baterie care funcționează și la -40°C

Americanii au dezvoltat o baterie pe bază de polimeri capabilă să funcționeze și la temperaturi foarte scăzute, de până la -40°C.

Această inovație abordează o problemă majoră a bateriilor actuale pentru vehicule electrice, care adesea eșuează atunci când electroliții lor lichizi îngheață. Inovația ar putea extinde utilizarea automobilelor cu emisii zero în regiuni cu temperaturi extreme.

În SUA a fost creată o baterie pe bază de polimeri, care rezistă și la temperaturi de -40°C

Când vortexul polar a cuprins Chicago la începutul anului 2024, stațiile de încărcare pentru vehicule electrice s-au transformat în adevărate „cimitire de mașini”. Zeci de modele Tesla au trebuie să fie remorcate, deoarece bateriile lor cedaseră din cauza gerului. Acela a fost un semnal de alarmă pentru tranziția către energia verde. Dacă bateriile nu rezistă în condiții de iarnă grea, tehnologia nu poate face față viitorului, relatează Interesting Engineering.

Adevăratele mize ale crizei energetice

10:20

Încrederea consumatorilor din Statele Unite se prăbușește: nivel record negativ pe fondul scumpirilor și tensiunilor externe

09:25

Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii de la Universitatea Texas A&M au dezvoltat o baterie nouă pe bază de polimeri, concepută să funcționeze în condiții de temperaturi foarte scăzute. Această inovație abordează o slăbiciune majoră a bateriilor actuale pentru vehicule electrice, care adesea nu mai funcționează când electroliții lor lichizi îngheață.

„Putem realiza acest lucru prin înlocuirea electrolitului lichid care îngheață cu un alt electrolit care nu îngheață. De asemenea, înlocuim materialele anorganice rigide, lente la temperaturi scăzute, cu materiale polimerice moi, puțin mai rapide”, a explicat dr. Jodie Lutkenhaus, profesor de inginerie chimică și coordonatoarea grupului de cercetători.

Electrolit care nu îngheață

Bateriile standard de tip litiu‑ion folosesc un electrolit lichid pentru a transporta sarcina electrică. În clipa în care temperatura de afară scade foarte mult, lichidul se îngroașă sau chiar îngheață, oprind complet fluxul de energie.

„Dacă acel electrolit îngheață, sarcina nu mai poate fi transportată. Prin urmare, bateria nu se mai încarcă și nu se mai descarcă. Am constatat această problemă în timpul valului de frig din Chicago în 2024, când bateriile vehiculelor electrice erau atât de reci și înghețate încât nu se încărcau la stațiile de alimentare”, a mai spus Lutkenhaus.

Pentru a îmbunătăți performanța la temperaturi scăzute, echipa de cercetare a dezvoltat o baterie organică cu doi ioni, care înlocuiește electrozii rigizi standard cu polimeri flexibili, activi redox. Aceste materiale organice flexibile permit ionilor să se miște liber, chiar și la -40°C.

Polimerul a fost combinat cu un electrolit pe bază de diglyme. Spre deosebire de lichidele bateriilor standard, acest solvent organic aprotic polar rămâne în stare lichidă și funcțională la temperaturi extreme. În teste, designul bateriei a redus pierderile de energie din frig, menținând 85% din capacitate la 0°C și 55% la -40°C, fără a sacrifica ratele de putere specifice.

Integrarea fibrei de carbon

Cercetătorii americani au făcut bateria mai durabilă înlocuind colectoarele metalice grele și fragile cu țesături din fibră de carbon. Această abordare a creat o „baterie structurală” cu dublu rol. Ea stochează energie și, totodată, oferă rezistență fizică pentru cadrul unui vehicul. Designul reduce greutatea și împiedică fisurarea mecanică care afectează adesea bateriile standard în medii dificile.

Bateriile existente cedează în condiții de frig extrem din cauză că mișcarea ionilor încetinește. Noul design, însă, evită această problemă, combinând un electrolit rezistent la temperaturi scăzute cu electrozi polimerici flexibili. Această descoperire reprezintă un pas major spre stocarea energiei rezistentă pe timp de iarnă.

„În caz de furtună masivă sau val de frig, rețelele electrice pot cădea. Bateriile pot acoperi aceste întreruperi. Dacă vrem un sistem energetic rezistent în toate anotimpurile, avem nevoie de stocare care să nu fie vulnerabilă la schimbări de temperatură”, a mai precizat Lutkenhaus.

Deși tehnologia este încă în curs de dezvoltare, ea arată că știința materialelor poate rezolva probleme energetice vechi. Totuși, pentru moment, experții recomandă ca vehiculul electric să fie parcat într-un garaj pentru a împiedica bateriile actuale să înghețe.