Naukowcy z europejskiego projektu IntelLiGent, finansowanego ze środków Unii Europejskiej, pracują nad innowacyjną konstrukcją akumulatorów do pojazdów elektrycznych (EV), która może zrewolucjonizować rynek elektromobilności. Główną ideą jest stworzenie ogniwa o warstwowej budowie, przypominającej strukturę kanapki, które nie tylko zapewni większą wydajność i dłuższą żywotność, ale również będzie miało zdolność do samoregeneracji. To rozwiązanie może stać się kluczowym krokiem w eliminowaniu jednego z największych wyzwań związanych z pojazdami elektrycznymi – ograniczonego zasięgu i szybkiej degradacji akumulatorów.
Akumulatory “kanapkowe” – jak działają?
Nowy projekt zakłada zastosowanie katody w górnej warstwie i anody w dolnej, co pozwala na bardziej efektywne zarządzanie przepływem energii i zwiększenie trwałości ogniwa. Katoda wykorzystuje materiał LNMO, czyli tlenek litu, niklu i manganu, który jest bardziej przyjazny dla środowiska od tradycyjnych katod, ponieważ nie zawiera kobaltu i zużywa mniej litu oraz niklu. Oprócz tego LNMO charakteryzuje się wysoką gęstością energii i stabilnym napięciem, co pozwala na przechowywanie większej ilości energii w mniejszej objętości, wydłużając zasięg pojazdu.
Anoda została wykonana z kompozytu krzemu i grafitu, co umożliwia znacznie większą absorpcję jonów litu w porównaniu do tradycyjnych anod grafitowych. Dzięki temu ogniwo ma większą pojemność i może zasilać pojazd przez dłuższy czas. Jednak wykorzystanie krzemu wiązało się dotąd z problemem jego pęcznienia i degradacji w trakcie cykli ładowania i rozładowywania. Naukowcy z zespołu SINTEF pod kierownictwem Nilsa Petera Wagnera rozwiązali ten problem, wykorzystując stabilizujące właściwości grafitu. W efekcie bateria zachowuje swoją strukturę i dłużej utrzymuje pełną wydajność.
Dodatkowym innowacyjnym rozwiązaniem w tej konstrukcji są specjalne separatory i spoiwa, które odpowiadają za stabilność i bezpieczeństwo baterii. Spoiwa pomagają utrzymać elektrody w odpowiednim położeniu, zapewniając ich integralność, podczas gdy separatory zapobiegają krótkim spięciom i umożliwiają prawidłowy przepływ jonów litu. Największą zaletą tych elementów jest ich zdolność do samonaprawy. Dzięki temu, nawet jeśli akumulator ulegnie niewielkiemu uszkodzeniu, będzie mógł automatycznie się zregenerować i odzyskać pierwotne właściwości, co znacząco wydłuży jego żywotność.
Projekt IntelLiGent jest już na zaawansowanym etapie badań. Pierwsza generacja prototypów została ukończona, a obecnie trwają testy drugiej wersji, która ma jeszcze większą gęstość energetyczną i lepszą wydajność. Kolejnym krokiem jest skalowanie produkcji elektrod, udoskonalenie procesów wytwórczych i stworzenie modelu demonstracyjnego, który pozwoli na dokładną ocenę bezpieczeństwa i wytrzymałości tej technologii.
Jeśli ta technologia trafi do masowej produkcji, może radykalnie zmienić postrzeganie pojazdów elektrycznych. Zasięg stanie się mniej problematyczny, a użytkownicy EV nie będą już musieli martwić się degradacją baterii, która dziś ogranicza efektywność tych pojazdów. Dzięki nowej architekturze akumulatorów proces ładowania będzie szybszy, a eksploatacja tańsza, co uczyni elektryczne środki transportu bardziej konkurencyjnymi w stosunku do aut spalinowych. Dodatkowo, wykorzystanie bardziej ekologicznych materiałów i technologii samonaprawy zmniejszy negatywny wpływ produkcji akumulatorów na środowisko.