Nowy wynalazek poprawi wydajność akumulatorów? 2016.11.25 WP

Inżynierowie Toyoty opracowali pierwszą na świecie metodę obserwacji zachowania jonów litu w elektrolicie podczas ładowania i rozładowywania akumulatorów. Metoda ta ma pozwolić na zwiększenie pojemności i trwałości baterii litowo-jonowych, a co za tym idzie m. in. poprawienie zasięgu samochodów elektrycznych.

Akumulatory litowo-jonowe wyposażone są w katodę z tlenku metalu, węglową anodę i organiczny elektrolit. Podczas ładowania akumulatora jony litu przemieszczają się w elektrolicie z katody do anody, a podczas rozładowywania z anody do katody, co jest związane z przepływem prądu. W związku z tym przemieszczanie się jonów litu odgrywa kluczową rolę podczas ładowania i rozładowywania akumulatora.

Nowa technika umożliwia obserwowanie w czasie rzeczywistym tego procesu, który jest jedną z przyczyn pogarszania się parametrów akumulatorów litowo-jonowych. W zakładzie badawczym użyto promieniowania synchrotronowego, ok. miliarda razy silniejszego od wytwarzanego przez aparaturę rentgenowską. Umożliwia ono uzyskiwanie rozdzielczości 0,65 mikrometra na piksel i czasu 100 milisekund na klatkę obrazu.

Zamiast elektrolitu fosforowego, używanego w wielu akumulatorach litowo-jonowych, zastosowano nowy elektrolit z pierwiastkami ciężkimi, zastępując w ten sposób jony zawierające fosfor, które wiążą lit podczas jego przemieszczania się w elektrolicie, jonami zawierającymi pierwiastki ciężkie. Pierwiastki ciężkie wysyłają mniej promieniowania niż fosfor, w związku z czym cienie na obrazach po naświetleniu promieniowaniem są ciemniejsze. Obserwując zachowanie się pierwiastków ciężkich, można obserwować proces zmian jonów litu, związanych przez nie w elektrolicie.

Podczas dalszych badań będzie obserwowane zachowanie jonów litu w zależności od zastosowania katod, anod i separatorów o różnej strukturze i wykonanych z różnych materiałów, a także różnych elektrolitów i różnych sposobów sterowania pracą baterii. Eksperci uważają, iż uzyskane w ten sposób informacje przyczynią się do opracowania akumulatorów o lepszych parametrach eksploatacyjnych i większej trwałości, co pozwoli zwiększyć zasięg samochodów hybrydowych typu plug-in (PHV) i elektrycznych (EV).

Źródło: Toyota