Meg sem kottyan az extrém hideg a polimeralapú akkumulátor teljesítményének

A hideg időjárás komoly kihívást jelent az elektromos járművek és a tartalék akkumulátorok számára. Emlékezetes például, hogy 2024-ben, amikor egy sarkvidéki hidegbetörés elérte Chicagót, a helyi töltőállomások autótemetővé változtak. Sorra vontatták el a leállt elektromos autókat, mert az akkumulátoraik nem működtek a fagyos időben.

Az egész világon elhíresült eset rámutatott arra a problémára, hogy a jelenlegi akkumulátorok gyakran csődöt mondanak, mert a folyékony elektrolit alacsony hőmérsékleten megfagy.

A Texas A&M Egyetem Dr. Jodie Lutkenhaus professzor vezette kutatócsapata erre a problémára fejlesztett ki egy új, polimeralapú akkumulátort, amely extrém hidegben is üzemel, kiküszöbölve a hibát, amely a mai elektromos autók és tartalék akkumulátorok működését korlátozza.

„Ezt úgy érjük el, hogy a fagyásra hajlamos folyékony elektrolitot egy másik elektrolitra cseréljük, amely nem fagy meg. Emellett a hidegben lassú, kemény szervetlen anyagokat puha polimer anyagokkal váltjuk fel, amelyek kicsit gyorsabban működnek” – magyarázta a TechXplore-nak Lutkenhaus.

A módosított akkumulátor akár extrém hidegben is működik

A hagyományos lítiumion-akkumulátorok folyékony elektrolitra támaszkodnak, hogy a töltés mozogni tudjon. Hidegben ez a folyadék besűrűsödik vagy megfagy, és leállítja az energia áramlását. „Így az akkumulátor sem tölteni, sem kisütni nem tud” – hangsúlyozta a professzor.

A kutatócsoport a hidegben nyújtott teljesítmény javítására egy szerves, kétionos akkumulátort fejlesztett. A kialakítás a merev szervetlen elektródákat rugalmas, redox-aktív polimerekre cseréli.

Ezek a szerves anyagok lehetővé teszik, hogy az ionok szabadon mozogjanak, akár mínusz 40 Celsius-fokban is.

A polimert diglime (diglikol-dimetil-éter) alapú elektrolittal párosították. Ez a speciális oldat olyan extrém hőmérsékleten is folyékony marad, amelyen a hagyományos akkumulátorfolyadékok kikristályosodnak és leállnak.

A tesztek során kiderült, hogy ez a kialakítás csökkenti a hideg miatt bekövetkező teljesítményvesztést: az akkumulátor 0 Celsiuson a kapacitása 85 százalékát, mínusz 40 fokon pedig az 55 százalékát tartotta meg, miközben a teljesítményszint nem romlott. Ezt az alacsony hőmérsékletű elektrolit és a rugalmas polimer elektródák kombinációjával sikerült elérni.

Szénszálas szerkezeti akkumulátor

A kutatók a tartósságot is növelték azzal, hogy a nehéz és törékeny fém áramgyűjtőket szénszálas szövéssel váltották ki, így egy ún. szerkezeti akkumulátort hoztak létre, amely egyszerre tárol energiát és biztosítja azt a fizikai szilárdságot, amelyre egy jármű vagy egy eszköz váza támaszkodik.

A kialakítás csökkenti az össztömeget, és megelőzi a mechanikai repedéseket, amelyek gyakran jelentkeznek a hagyományos akkumulátoroknál zord környezetben. A fejlesztés célja, hogy a téli időjárásnak ellenálló energiatárolás elérhető legyen a kézi eszközöktől a nemzeti villamos hálózatig. A vizsgálat eredményeit a Journal of Materials Chemistry folyóiratban közölték.

Gábor János, NEW technology magazin