Proč nedokážeme nabít baterii elektromobilu za pár minut?
- Rychlé nabíjení průkazně nesvědčí bateriím a její kapacitě
- Nová studie sleduje, proč a jak k postupné degradaci dochází
- Ultrarychlé nabíjení bude vyžadovat velké úpravy současné technologie
Rychlonabíjení zkracuje život baterii uvnitř elektromobilu | foto: ilustrační
Na extrémně rychlé nabíjení elektromobilů všichni netrpělivě čekají. Jen si představme, jaké by to bylo přijet na nabíjecí stanici a v čase podobném běžnému tankování byste nabili svůj vůz na další část cesty. Taková rychlost nabíjení by zaručeně přesvědčila i kdejakého odmítače elektrického pohonu.
Proč se elektromobil nenabije během pár minut?
Bohužel, o takovém nabíjení si můžeme nechat jenom zdát. V cestě stojí mnoho překážek spojených nejen s budováním infrastruktury a vysokými ekonomickými nároky. Mnohem zásadnější překážkou v ultrarychlém nabíjení lithium-iontových baterií je jejich struktura a chemické procesy. Již dříve bylo dokázáno, jak rychlé nabíjení napomáhá rychlejší degradaci baterií. Co se vlastně během procesu děje?
V novém výzkumu Amerického energetického úřadu se vědci Národní laboratoře Argonne zaměřili na chemické chování bateriové anody (negativní pól) během procesu nabíjení i vybíjení. Vědci následně zveřejnili zajímavé poznatky.
Volte raději pomalé nabíjení
Anoda lithium-iontové baterie je z pravidla vyrobena z grafitu ve formě krátkých částic. Ionty lithia svým pohybem do těchto částic pronikají. Tento proces je známý pod pojmem interkalace. Pokud je tento proces úspěšně proveden, baterie se může nabíjet a vybíjet. A zde začíná být celý životní cyklus baterie zajímavý.
Když je baterie vystavena rychlému nabíjení, proces interkalace nemusí být stoprocentní. A také víme, že neustálé rychlé nabíjení není pro baterie zdravé. Pojďme se podívat, k čemu při procesu dochází.
Proč ještě dlouho nebudeme mít extrémně rychlé nabíjení? | foto: Porsche
Rychlonabíjení poškozuje baterii
Vědecký tým objevil, že opakované rychlé nabíjení škodí atomu grafitu a okraje těchto částic se kroutí. Tím omezují úspěšnost celého procesu interkalace. Následkem tohoto kroucení se lithiové ionty nemohou dostat do částic grafitu a mají tendenci se shromažďovat na povrchu anody. Zjednodušeně řečeno ucpou svým vrstvením povrch anody.
Tímto vrstvením dochází k nevratnému poškození anody a baterie dokonce může zvětšit svůj objem. I tento proces má za následky ztrátu části kapacity.
Vědec studie a její spoluautor, Daniel Abraham, vysvětluje studii následovně. „Čím rychleji baterie nabíjíme, tím více se narušuje atomický tvar anody. Následkem toho zabraňuje lithiovým iontům v jejich pohybu. Klíčem je najít cestu jak této degradaci zabránit, nebo upravit grafitové částice tak, aby ionty mohly efektivněji interkalovat.”
Schéma lithium iontové baterie | zdroj: Jianan Zhang et al.
Čtěte také: Nevěřte tabulkám! Co nejvíce ovlivňuje rychlost nabíjení elektromobilu?
Co si můžeme ze studie odnést?
Ultrarychlé nabíjení lithium-iontových baterií s grafitovým jádrem nás v blízké budoucnosti bohužel nečeká. Abychom mohli pomýšlet na vyšší rychlosti nabíjení, budeme muset nejdříve přijít s revoluční změnou u grafitové technologie. Nabízí se to i z toho důvodu, že většina dnešních elektromobilů uchovává energii právě v tomto typu baterií.
Dobrou zprávou může být to, že se nejedná o jedinou technologii pro uchování energie. Nabízí se možnosti využít křemíkové a polovodičové nanočástice. Tyto typy baterií se již vyvíjí a mohou se stát novou možností pro uchování energie. Ať už to budou tyto varianty nebo jiné, jisté je, že v blízké době k přelomu v bateriovém odvětví nedojde.
Související
Nepřehlédněte
Diskuze
Nejčtenější články
Proč nedokážeme nabít baterii elektromobilu za pár minut?
- Rychlé nabíjení průkazně nesvědčí bateriím a její kapacitě
- Nová studie sleduje, proč a jak k postupné degradaci dochází
- Ultrarychlé nabíjení bude vyžadovat velké úpravy současné technologie
Rychlonabíjení zkracuje život baterii uvnitř elektromobilu | foto: ilustrační
Na extrémně rychlé nabíjení elektromobilů všichni netrpělivě čekají. Jen si představme, jaké by to bylo přijet na nabíjecí stanici a v čase podobném běžnému tankování byste nabili svůj vůz na další část cesty. Taková rychlost nabíjení by zaručeně přesvědčila i kdejakého odmítače elektrického pohonu.
Proč se elektromobil nenabije během pár minut?
Bohužel, o takovém nabíjení si můžeme nechat jenom zdát. V cestě stojí mnoho překážek spojených nejen s budováním infrastruktury a vysokými ekonomickými nároky. Mnohem zásadnější překážkou v ultrarychlém nabíjení lithium-iontových baterií je jejich struktura a chemické procesy. Již dříve bylo dokázáno, jak rychlé nabíjení napomáhá rychlejší degradaci baterií. Co se vlastně během procesu děje?
V novém výzkumu Amerického energetického úřadu se vědci Národní laboratoře Argonne zaměřili na chemické chování bateriové anody (negativní pól) během procesu nabíjení i vybíjení. Vědci následně zveřejnili zajímavé poznatky.
Volte raději pomalé nabíjení
Anoda lithium-iontové baterie je z pravidla vyrobena z grafitu ve formě krátkých částic. Ionty lithia svým pohybem do těchto částic pronikají. Tento proces je známý pod pojmem interkalace. Pokud je tento proces úspěšně proveden, baterie se může nabíjet a vybíjet. A zde začíná být celý životní cyklus baterie zajímavý.
Když je baterie vystavena rychlému nabíjení, proces interkalace nemusí být stoprocentní. A také víme, že neustálé rychlé nabíjení není pro baterie zdravé. Pojďme se podívat, k čemu při procesu dochází.
Proč ještě dlouho nebudeme mít extrémně rychlé nabíjení? | foto: Porsche
Rychlonabíjení poškozuje baterii
Vědecký tým objevil, že opakované rychlé nabíjení škodí atomu grafitu a okraje těchto částic se kroutí. Tím omezují úspěšnost celého procesu interkalace. Následkem tohoto kroucení se lithiové ionty nemohou dostat do částic grafitu a mají tendenci se shromažďovat na povrchu anody. Zjednodušeně řečeno ucpou svým vrstvením povrch anody.
Tímto vrstvením dochází k nevratnému poškození anody a baterie dokonce může zvětšit svůj objem. I tento proces má za následky ztrátu části kapacity.
Vědec studie a její spoluautor, Daniel Abraham, vysvětluje studii následovně. „Čím rychleji baterie nabíjíme, tím více se narušuje atomický tvar anody. Následkem toho zabraňuje lithiovým iontům v jejich pohybu. Klíčem je najít cestu jak této degradaci zabránit, nebo upravit grafitové částice tak, aby ionty mohly efektivněji interkalovat.”
Schéma lithium iontové baterie | zdroj: Jianan Zhang et al.
Čtěte také: Nevěřte tabulkám! Co nejvíce ovlivňuje rychlost nabíjení elektromobilu?
Co si můžeme ze studie odnést?
Ultrarychlé nabíjení lithium-iontových baterií s grafitovým jádrem nás v blízké budoucnosti bohužel nečeká. Abychom mohli pomýšlet na vyšší rychlosti nabíjení, budeme muset nejdříve přijít s revoluční změnou u grafitové technologie. Nabízí se to i z toho důvodu, že většina dnešních elektromobilů uchovává energii právě v tomto typu baterií.
Dobrou zprávou může být to, že se nejedná o jedinou technologii pro uchování energie. Nabízí se možnosti využít křemíkové a polovodičové nanočástice. Tyto typy baterií se již vyvíjí a mohou se stát novou možností pro uchování energie. Ať už to budou tyto varianty nebo jiné, jisté je, že v blízké době k přelomu v bateriovém odvětví nedojde.
