”Single crystal”-elektroder kan driva elbilar i miljontals mil
Batterier med ”enkristallelektroder” kan driva elfordon (EV) i miljontals mil – vilket betyder att deras batterier skulle hålla längre än andra delar av bilarna, visar ny forskning.
Ett litiumjonbatteri med denna nya typ av elektrod har laddats och laddats ur konstant i sex år och har behållit nästan 80 % av sin ursprungliga kapacitet. Det batteriet cyklade åtta gånger längre än ett vanligt litiumjonbatteri – motsvarande en elbil som körde 5 miljoner miles (8 miljoner kilometer), rapporterade forskare den 15 november i Journal of The Electrochemical Society.
Alla batterier slits långsamt ut och förlorar en del av sin energilagringskapacitet med tiden. Till exempel håller ditt telefonbatteri mindre laddning efter några år än det gjorde dagen du köpte det. Detsamma gäller för elbilsbatterier: När deras lagringskapacitet minskar, minskar också den sträcka bilen kan färdas på en enda laddning.
Släkt: Hur fungerar elbilsbatterier och vad påverkar deras räckvidd?
”Huvudfokuset för vår forskning var att förstå hur skador och trötthet inuti ett batteri fortskrider över tiden, och hur vi kan förhindra det,” studiens medförfattare Toby Bonden kemist vid Canadian Light Source, sade i en påstående.
I studien, som finansierades av elfordonstillverkaren Tesla och inkluderade forskare från Dalhousie University i Nova Scotia, jämförde forskare den långvariga enkristallelektroden med en mer vanligt förekommande polykristallin elektrod. De två elektroderna är gjorda av liknande material, men i den polykristallina elektroden tar dessa material formen av många små partiklar som bildas av ännu mindre kristaller packade tillsammans. I enkristallelektroden, som namnet antyder, är varje partikel gjord av bara en kristall, vilket gör dem mer motståndskraftiga mot mekanisk belastning.
Bond och hans kollegor använde högenergiröntgen för att titta inuti batteriet utan att ta isär det. Teamet fann att efter 2,5 år av konstant cykling var den polykristallina elektroden full av små sprickor. Dessa sprickor bildas när litiumjonerna i batteriet tvingar isär atomerna i elektroderna och begränsar hur mycket energi batteriet kan lagra.
Däremot innehöll enkristallelektroden få sprickor, även efter laddning och urladdning kontinuerligt i sex år.
EV-batterier som håller längre
Batteriet med enkristallelektroden hade gått igenom mer än 20 000 laddnings- och urladdningscykler och hade behållit cirka 80 % av sin ursprungliga kapacitet under den tiden. Ett typiskt elfordon kan färdas cirka 400 mil (400 km) på en laddning, så batteriet med enkristallelektroden har en livslängd som motsvarar att köra cirka 5 miljoner mil. Som jämförelse behöver typiska elbilsbatterier idag bytas ut efter cirka 200 000 miles (322 000 km).
”Vi behöver verkligen dessa fordon för att hålla så länge som möjligt, för ju längre du kör dem, desto bättre är förbättringen av koldioxidavtrycket,” sa Bond i uttalandet.
Batterier med enkristallelektroder har ännu inte införlivats i elfordon, även om de finns kommersiellt tillgängliga. Tesla har patenterat liknande enkristall-elektrodformuleringar, med medlemmar av Dalhousie-teamet namngivna som meduppfinnare.
Med dessa framsteg som håller batterierna igång längre, kan batteriet en dag hålla längre än andra delar av ett elfordon. När det händer kan batterierna hitta ett andra liv i energilagringssystem i nätskala, skrev forskarna. Där kunde batterierna lagra förnybar, men intermittent tillgänglig energi, som sol- eller vindkraft.
”Jag tror att arbete som det här bara hjälper till att understryka hur tillförlitligt [the new batteries] är, och det borde hjälpa företag som tillverkar och använder dessa batterier att planera på lång sikt,” sa Bond.
