Naukowcy z Uniwersytetu Michigan radykalnie odeszli od ograniczeń standardowych akumulatorów litowo-jonowych. Stworzyli nową membranę na bazie kevlaru pochodzącego z recyklingu. Cel? Odblokuj potencjał akumulatorów litowo-siarkowych. To nie są tylko stopniowe ulepszenia. Nowa konstrukcja pozwala tym akumulatorom pracować przez ponad 1000 cykli bez degradacji. To około dekady użytkowania przeciętnego kierowcy pojazdów elektrycznych.
Zastosowany kevlar jest tym samym typem, który jest używany w kamizelkach kuloodpornych.
Nie chodzi tylko o recykling na rzecz zrównoważonego rozwoju. To jest przerwa strukturalna. Naukowcy od lat podejrzewali, że ogniwa litowo-siarkowe to „święty Graal” w zakresie gęstości energii. Problemem zawsze była trwałość. Baterie te mają tendencję do przedwczesnego psucia się. Nowa membrana całkowicie zmienia to równanie. Wytrzymuje także ekstremalne temperatury. W prawdziwym świecie oznacza to niezawodność zarówno w ekstremalnie niskich, jak i ekstremalnych temperaturach.
Dlaczego serial bije kobalt na papierze
Przejście na akumulatory litowo-siarkowe nie jest przypadkowe. Kieruje nim realia łańcucha dostaw. Baterie litowo-jonowe w dużej mierze opierają się na kobalcie. Kobalt jest drogi. Jej dostawy są ograniczone. A jego wydobycie wiąże się z istotnymi kwestiami etycznymi i środowiskowymi.
Seria jest inna. Jest to powszechne. Jest tania. Jest produktem ubocznym rafinacji ropy naftowej. Jego użycie nie tworzy nowych zależności od wydobycia. Ale seria ma historię niestabilności w chemii akumulatorów. Rozpuszcza się w elektrolicie, szybko niszcząc akumulator.
Zespół z Uniwersytetu Michigan rozwiązał ten problem za pomocą nanowłókien aramidowych. Wzięli przetworzony Kevlar i wplecili go w sieć nanowłókien. Sieć ta działa jak bariera. Zapobiega to chaosowi wywołanemu szeregiem wewnątrz elementu. Rezultatem jest akumulator, który zachowuje swoją pojemność i stabilność. Nie poświęca bezpieczeństwa na rzecz trwałości.
Technologia działa również z ogniwami litowo-jonowymi. Naukowcy skupiają się jednak na bateriach litowo-siarkowych. Na papierze ich wydajność jest lepsza od innych opcji. Wyższa gęstość energii. Dłuższy potencjalny okres użytkowania. Niższy koszt materiałów.
Dziesięcioletni okres użytkowania
Tysiąc cykli ładowania. Jest to wskaźnik, który osiąga nowa membrana. Większość nowoczesnych akumulatorów pojazdów elektrycznych zaprojektowano tak, aby wytrzymywały mniej cykli, zanim nastąpi znaczna utrata pojemności. Jeśli codziennie jeździsz pojazdem elektrycznym i ładujesz go raz dziennie, masz około trzech lat posiadania samochodu, zanim zauważalna będzie degradacja akumulatora. Ta nowa technologia przesuwa ten termin o dziesięć lat.
To ogromna zmiana w modelu własności. Nie wynajmujesz już czasu pracy baterii. Jesteś jego właścicielem.
Wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature Communications. Zespół otrzymał także patent na to odkrycie. Dzięki temu technologia przestaje być ciekawostką laboratoryjną i staje się produktem opłacalnym komercyjnie. Nie mówimy o prototypie zamkniętym w pudełku. Mówimy o wyprodukowanym elemencie.
Prawdziwe konsekwencje
Nowoczesne akumulatory litowo-jonowe są dobre. Są niezawodne. Oni pracują. Ale osiągają fizyczne granice gęstości energii. Nie możemy po prostu dodać więcej litu bez ryzyka niekontrolowanej zmiany temperatury lub kar za wagę.
Wyjściem są baterie litowo-siarkowe. Magazynują więcej energii na kilogram. Oznacza to lżejsze samochody. Większy zasięg. Jedyną przeszkodą było życie cykli. Membrana z kevlaru pochodzącego z recyklingu eliminuje tę przeszkodę.
Wciąż coś w toku
