Teisipäev, 23. aprill 2024
Stanfordi ülikooli teadlased on avaldanud ajakirjas Nature artikli, milles tutvustavad oma värsket uurimustööd liitiumakude energiasalvestusvõime parandamisest. Odavaim ning kiireim viis selleks on aku “puhkama jätmine”.

Liitiumakud võivad elektrisõidukite sõiduraadiust isegi kahekordistada, kuid praegused akud ei ole kuigi töökindlad ja saavad ruttu otsa. Stanfordi teadlased on ilmselt leidnud lihtsa lahenduse, kuidas aku eluiga pikendada.

Liitiummetallist aku lubab elektriautole sõiduulatust kuni 800-1000 kilomeetrit, kuid tehnoloogial on tõsiseid puudusi: aku kaotab pärast laadimis- ja tühjenemistsükleid kiiresti oma energiasalvestusvõime. See on seni takistanud uut tüüpi akude laiemat levikut ja pannud teadlasi otsima uusi materjale ja katsetama uuesi tehnoloogiaid.

Stanfordi ülikooli teadlaste lahendus liitiumakude elu pikendamiseks on väga lihtne: tühjaks sõidetud akul lastakse mitu tundi “puhata”. See ajakirjas Nature esitletud lahendus taastab aku mahutavuse endisesse olekusse.

Uuringut kaasautori Wenbo Zhangi sõnul on leitud lahendus ülekaalukalt lihtsaim, odavaim ning ja kiireim viis liitiumaku eluea pikendamiseks.

“Otsisime kõige lihtsamat, odavamat ja kiireimat viisi liitiumaku eluea parandamiseks,” Teadlase sõnul saab vajalikke täiustusi realiseerida lihtsalt akuhaldustarkvara ümber programmeerimisega, seda ilma lisakuludeta või seadmete, materjalide või tootmisprotsessi muutmiseta.

„Avastasime, et aku tühjaks jätmisel saab kaotatud võimsust taastada ja tsükli eluiga pikendada,” rääkis PhD Wenbo Zhang, Stanfordi materjaliteaduse ja inseneriteaduse doktorant.

“Liitiumakuga varustatud autol oleks kaks korda suurem tööulatus kui sama suurusega liitiumioonsõidukitel – näiteks 600 miili laadimise kohta versus 300 miili,” ütles töörühma liige, keemiadoktor Philaphon Sayavong. “Elektrilistes sõidukites on eesmärk hoida aku võimalikult kerge, suurendades samal ajal sõiduki ulatust.”

Sõiduulatuse kahekordistamine kaotab suure tõenäosusega sõiduärevuse neil juhtidel, kes seni pole julgenud elektriautot osta.

Puhkus taastab osa liitiumaku mahutavusest

Tavaline liitium-ioonaku koosneb kahest elektroodist – grafiitanoodist ja liitiummetalloksiidkatoodist, mis on eraldatud vedela või tahke elektrolüüdiga, mis omakorda liigutab liitiumioone edasi-tagasi.

Liitiumaku puhul asendatakse grafiidianood galvaniseeritud liitiummetalliga, mis võimaldab talletada samasse ruumi kaks korda rohkem energiat kui liitium-ioonaku.

Liitiummetalli anood kaalub ka vähem kui grafiidi anood, mis on elektrisõidukite jaoks oluline. Liitiummetalli akud mahutavad vähemalt kolmandiku võrra rohkem energiat ühe kaaluühiku (Stanfordi uuringus inglise nael) kohta kui liitiumioon.

Kahjuks põhjustab pidev laadimine ja tühjendamine liitiumakude kiiret lagunemist, muutes need tavapäraseks sõiduks kasutuks.

Aku tühjenemisel eralduvad mikronisuurused liitiummetallitükid ja need jäävad tahke elektrolüüdi interfaasi (SEI) lõksu, mis on nagu anoodi ja elektrolüüdi kokkupuutekohas moodustunud käsnjas maatriks.

“SEI maatriks on sisuliselt lagunenud elektrolüüt, ” selgitas Wenbo Zhang. “See ümbritseb anoodilt eraldatud isoleeritud liitiummetalli tükke ja takistab neil osalemast mis tahes elektrokeemilistes reaktsioonides. Ning sel põhjusel loemegi isoleeritud liitiumi surnuks, kasutuks.”

Korduv laadimine ja tühjendamine toob kaasa täiendava surnud liitiumi kogunemise, mis põhjustab aku kiire mahutavuse langemise. “Moodsa tipptasemel liitiumakuga EV kaotaks sõiduulatuse palju kiiremini kui liitium-ioonaku toitel EV,” ütles Zhang.

“Leidsime, et kui aku jääb tühjaks vaid ühe tunni, lahustub osa surnud liitiumi ümbritsevast SEI-maatriksist,” ütles Sayavong. “Nii et aku laadimisel ühendub surnud liitium uuesti anoodiga, sest seal on vähem tahket massi.”

Anoodiga taasühendamine äratab surnud liitiumi ellu, võimaldades akul toota rohkem energiat ja pikendada oma tsükli eluiga.

“Varem arvasime, et see energiakadu on pöördumatu, ” selgitas töörühma juhtiv autor Yi Cui. “Kuid meie uuring näitas, et saame kaotatud võimsuse taastada lihtsalt tühjenenud aku puhkamisega.

Wenbo Zhangi fotol on suurendatud vaade tühjenenud liitiumaku vaskvõrgust, mille kandilistesse avadesse on kihiti ladestunud erineva suuruse ja kujuga liitiumosakesed

Pikemalt saab “puhkamismeetodist” lugeda Stanfordi ülikooli ajakirjast.

Kaanepilt: Pexels

blank

Ylle on teinud teadus-, haridus- ja keskkonnateemalisi telesaateid ning töötanud vabakutselise (kirjutava) ajakirjanikuna. Alates 2015 WWCOTY rahvusvahelise kohtunikekogu liige. 2015. aastal pälvis Ylle riiklikult tunnustatud teaduse populariseerija auhinna. Acceleristas vastutab Ylle lehe väljaandmise eest ning kirjutab aeg-ajalt talle omase otsekohesusega

KOMMENTEERI SIIN