Tutkijat ovat onnistuneet merkittävästi parantamaan litiumioniakkujen latausnopeutta jopa -10 °C lämpötiloissa. Heidän menetelmänsä, joka on julkaistu Joule-lehdessä, yhdistää rakenteelliset muutokset akussa ja kemiallisten reaktioiden säätämisen latauksen aikana.
Kylmä paksuntaa akkujen nestesähköä, mikä vähentää sähkövirtaa ja pidentää latausaikoja. Nykyiset ratkaisut, kuten elektrodien paksuuden lisääminen, ovat usein pahentaneet ongelmaa rajoittamalla nopean latauksen kykyä.
Tiimi on luonut 'polkuja' anodissa poraamalla reikiä sen grafiittikerroksiin laserilla. Tämä tekniikka, jota on testattu jo vuonna 2020, nopeuttaa litiumionien liikettä, mutta aiheutti litiumin kerrostumista kylmissä olosuhteissa.
Tämän kerrostumisen estämiseksi tutkijat ovat levittäneet ohuen kerroksen litiumboraatti-karbonaattia akun päälle. Tämä materiaali, joka tunnetaan kiinteiden akkujen tehokkuuden parantamisesta, mahdollisti 500 %:n parannuksen lataustehokkuudessa kylmässä.
Muutetut akut säilyttivät 97 % kapasiteetistaan 100 nopean latausjakson jälkeen jäätävissä olosuhteissa. Neil Dasgupta korostaa, että nämä muutokset voitaisiin helposti integroida nykyisiin valmistusprosesseihin.
Tämä edistysaskel avaa mahdollisuuksia tehokkaammille sähköajoneuvoille talvella ilman suuria muutoksia tuotantoprosesseissa. Vaikutukset voisivat olla laajat, erityisesti ankarissa talvissa alueilla.
Kuinka kylmä vaikuttaa litiumioniakkuihin?
Alhaiset lämpötilat paksuntavat akkujen nestesähköä, mikä hidastaa litiumionien liikettä elektrodien välillä. Tämä ilmiö vähentää sähkövirtaa ja lisää aikaa, joka tarvitaan akun lataamiseen.
Energiatehokkuus heikkenee myös, koska kemialliset reaktiot ovat vähemmän tehokkaita kylmässä. Tämä selittää, miksi sähköajoneuvoilla on usein rajoitettu toimintamatka talvella.
Valmistajat ovat kokeilleet erilaisia ratkaisuja, kuten elektrodien paksuuden lisäämistä, mutta nämä lähestymistavat ovat joskus pahentaneet nopean latauksen ongelmia. Uusi tutkimus ehdottaa tehokkaampaa menetelmää näiden rajoitusten kiertämiseksi.