Cum s-ar putea încărca iarna mașinile electrice cu până la 500% mai repede

În contextul în care performanța bateriilor pentru vehiculele electrice este serios afectată de temperaturile scăzute, o nouă descoperire promite să schimbe regulile jocului.

Cercetătorii de la Universitatea din Michigan (SUA) au dezvoltat un proces de fabricație inovator, care permite încărcarea bateriilor litiu-ion de până la cinci ori mai rapid în condiții de frig, fără a compromite capacitatea sau eficiența acestora.

Cum afectează gerul bateriile vehiculelor electrice

Bursa de Valori București încheie pe verde: creșteri pe toți indicii și tranzacții de peste 168 milioane lei

08:57

UE schimbă regulile jocului: ajutor de stat flexibil pentru a face față exploziei prețurilor la energie

21:47

Într-un studiu publicat în martie de revista Joule, oamenii de știință au explicat cum au reușit să îmbunătățească semnificativ viteza de încărcare a bateriilor litiu-ion în condiții de temperaturi scăzute, de până la -10 grade Celsius. În acest fel, a fost modificat atât designul structural al bateriei, cât și reacțiile chimice care au loc în timpul încărcării.

„Am reușit să obținem o încărcare extrem de rapidă la temperaturi foarte scăzute fără a afecta densitatea energetică a bateriei”, a declarat Neil Dasgupta, autorul studiului și profesor asociat de inginerie mecanică și știința materialelor la Universitatea din Michigan.

Temperaturile scăzute afectează viteza de încărcare și eficiența energetică generală a bateriilor din cauza proceselor chimice implicate, aflăm de pe Live Science. O baterie funcționează prin deplasarea ionilor de litiu între două plăci de electrozi, în interiorul unui electrolit lichid. Procesul este eficient la temperaturi mai ridicate, însă, pe timp geros, lichidul electrolitic se îngroașă, curenții electrici devin mai slabi, iar durata de încărcare se prelungește.

Producătorii au încercat să abordeze această problemă în diverse moduri, cum ar fi mărirea grosimii electrozilor sau modificarea structurii bateriei. Totuși, unele dintre aceste soluții au avut efecte nedorite. Spre exemplu, un studiu din 2023 arăta că modificarea compoziției electrolitului au afectat serios capacitatea de încărcare rapidă.

Cercetătorii creează noi „căi” pentru ioni

Vezi Galeria foto 2 Imagini

Într-un studiu realizat în 2020, echipa de la Universitatea Michigan dezvoltase așa-numite „căi” în anodul bateriei – electrodul care primește ioni de litiu în timpul încărcării și trimite electroni către catod, la capătul opus.

Pentru a crea aceste căi, cercetătorii au folosit lasere cu care au perforat straturile de grafit ale anodului. Astfel, le-a permis ionilor de litiu să se deplaseze mai repede, ceea ce a însemnat că se puteau încorpora mai eficient în materialul electrodului. Această metodă a redus semnificativ timpii de încărcare, dar în condiții de frig a dus la formarea unui strat de litiu pe anod (n.n. – proces de numit „plating”), care a împiedicat reacția cu electrolitul.

„Stratul de litiu format reduce capacitatea energetică a bateriei vehiculelor electrice, deoarece împiedică încărcarea completă a electrodului”, a explicat Manoj Jangid, coautor al studiului și cercetător principal la Universitatea din Michigan.

Pentru a preveni acest fenomen, în noul studiu echipa a aplicat o peliculă de 20 de nanometri dintr-un material compus pe bază de borat-carbonat de litiu. Cercetări anterioare în domeniul bateriilor solid-state arătaseră că acest material sporește eficiența transportului de ioni.

În combinație cu tehnica „căilor” din anod, această acoperire a dus la o creștere de 500% a eficienței de încărcare în condiții de temperatură sub zero grade Celsius. Bateriile modificate și-au păstrat 97% din capacitate chiar și după 100 de cicluri de încărcare rapidă la temperaturi negative.

Una dintre cele mai mari preocupări este modul în care autonomia vehiculelor electrice scade iarna, însoțită de viteze de încărcare mai mici. Studiile au arătat că timpii de încărcare pentru unele EV-uri s-au prelungit la peste o oră din cauza temperaturilor scăzute. „Încărcarea unei baterii durează între 30 și 40 de minute, chiar și în cazul unei încărcări ultra rapide, iar acest timp crește la peste o oră pe timp de iarnă”, a mai declarat Dasgupta, citat de Interestingengineering.com.

Noua tehnologie ar putea fi integrată ușor în producția de serie. Ea ar reprezenta un pas important spre extinderea utilizării EV-urilor în toate regiunile lumii și în orice anotimp.