Ηλεκτρικό αυτοκίνητο – Φόρτιση σε 10′ με μπαταρία από το Ηarvard

Σύνταξη: ecozen.gr

Επιστήμονες του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ εξελίσσουν την μπαταρία για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Με δυνατότητα φόρτισης σε χρόνο-ρεκόρ 10 λεπτών διεκδικούν να συμβάλουν στην προστασία του περιβάλλοντος, ενισχύοντας την ηλεκτροκίνητη οδήγηση. Τα αποτελέσματα της έρευνας τους δημοσιεύονται στην επιστημονική επιθεώρηση Nature.

Πρόκειται για μπαταρία λιθίου μεγάλης διάρκειας αλλά και γρήγορης φόρτισης. Θεωρείται ό,τι πιο απαραίτητο για την επέκταση της αγοράς ηλεκτρικών οχημάτων. Οι υφιστάμενεςς μπαταρίες ιόντων λιθίου υπολείπονται των αναγκών. Είναι πολύ βαριές, πολύ ακριβές και χρειάζονται πολύ χρόνο για να φορτιστούν.

Μάχη 40 ετών

Για τέσσερις δεκαετίες, οι ερευνητές προσπαθούν να εκμεταλλευτούν τη δυναμική των μπαταριών λιθίου-μετάλλου. Και αυτό γιατί  μπορούν να αποθηκεύσουν περισσότερη ενέργεια στον ίδιο όγκο και να φορτίζονται πιο γρήγορα σε σχέση με τις παραδοσιακές μπαταρίες ιόντων – λιθίου.
«Μια μπαταρία λιθίου-μετάλλου θεωρείται το ιερό δισκοπότηρο για τη χημεία της μπαταρίας. Λόγω της υψηλής χωρητικότητας και της ενεργειακής του πυκνότητας». Αυτό εξηγεί ο Xin Li, αναπληρωτής καθηγητής στο Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS). “Αλλά η σταθερότητα αυτών των μπαταριών ήταν πάντα κακή.” Τώρα, ο Li και η ομάδα του έχουν σχεδιάσει μια σταθερή μπαταρία λιθίου-μετάλλου, στερεάς κατάστασης. Μπορεί να φορτιστεί και να αποφορτιστεί τουλάχιστον 10.000 φορές. Πολύ περισσότεροι κύκλοι από ό,τι είχε προηγουμένως αποδειχθεί – σε υψηλή πυκνότητα ρεύματος.

Τρόπος λειτουργίας

Οι ερευνητές ακολουθούν μία διάταξη εν είδει σάντουιτς, με διαφορετικά επίπεδα στα οποία τοποθετούνται οι ηλεκτρολύτες. Όπως δηλαδή θα ακολουθούσε κανείς στην προετοιμασία ενός σάντουιτς με την τοποθέτηση των επιμέρους υλικών. Η λογική εδώ είναι να μην δημιουργούνται δενδρίτες (είδος νευρώνων), που θα μπορούσαν να προκαλέσουν ακόμα και βραχυκύκλωμα ή πυρκαγιά σε μία μπαταρία. Αυτή η τεχνολογία μπαταρίας θα μπορούσε να αυξήσει τη διάρκεια ζωής των ηλεκτρικών οχημάτων με εκείνη των βενζινοκίνητων αυτοκινήτων – 10 έως 15 χρόνια. Xωρίς την ανάγκη αντικατάστασης της μπαταρίας. Με την υψηλή πυκνότητα ρεύματος, η μπαταρία θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για ηλεκτρικά οχήματα που μπορούν να φορτιστούν πλήρως εντός 10 έως 20 λεπτών. Για την αποφυγή ενδεχόμενου βραχυκυκλώματος, ο Li και η ομάδα του επέλεξαν τον πολυστρωματικό σχεδιασμό της μπαταρίας. Αυτή η πολυστρωματική μπαταρία πολλαπλών υλικών αποτρέπει τη διείσδυση των δενδριτών λιθίου όχι σταματώντας τους εντελώς αλλά μάλλον ελέγχοντας και περιέχοντάς τους.

Μπαταρία…σάντουιτς

Σκεφτείτε την μπαταρία σαν ένα σάντουιτς. Πρώτα έρχεται το ψωμί – η μεταλλική άνοδος λιθίου – ακολουθούμενη από μαρούλι – μια επίστρωση γραφίτη. Στη συνέχεια, ένα στρώμα ντομάτας – ο πρώτος ηλεκτρολύτης – και ένα στρώμα μπέικον – ο δεύτερος ηλεκτρολύτης. Τελειώστε με μια άλλη στρώση ντομάτας και το τελευταίο κομμάτι ψωμί – την κάθοδο. Ο πρώτος ηλεκτρολύτης (χημική ονομασία Li5.5PS4.5Cl1.5 ή LPSCI) είναι πιο σταθερός με λίθιο αλλά είναι επιρρεπής σε διείσδυση στο δενδρίτη. Ο δεύτερος ηλεκτρολύτης, (Li10Ge1P2S12 ή LGPS) είναι λιγότερο σταθερός με το λίθιο, αλλά φαίνεται απρόσβλητος από τους δενδρίτες. Σε αυτό το σχέδιο, οι δενδρίτες αφήνονται να αναπτυχθούν μέσω του γραφίτη και του πρώτου ηλεκτρολύτη, αλλά σταματούν όταν φτάσουν στο δεύτερο. Με άλλα λόγια, οι δενδρίτες αναπτύσσονται μέσω του μαρουλιού και της ντομάτας, αλλά σταματούν στο μπέικον. Το φράγμα-μπέικον σταματά τους δενδρίτες να σπρώχνουν και να βραχυκυκλώνουν την μπαταρία.

Εφικτή η μαζική παραγωγή

«Αυτός ο σχεδιασμός δείχνει ότι οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης μετάλλων λιθίου θα μπορούσαν να είναι ανταγωνιστικές με τις εμπορικές μπαταρίες ιόντων λιθίου», δήλωσε ο Li. «Και η ευυελιξία του πολυστρωματικού μας σχεδιασμού το καθιστά δυνητικά συμβατό με διαδικασίες μαζικής παραγωγής στη βιομηχανία μπαταριών. Η κλιμάκωσή της στην εμπορική μπαταρία δεν θα είναι εύκολη. Εξακολουθούν να υπάρχουν ορισμένες πρακτικές προκλήσεις, αλλά πιστεύουμε ότι θα ξεπεραστούν” εξηγεί.