Un nou design de acumulatori Li-ion promite încărcarea vehiculelor electrice în doar 10 minute

Tehnologia acumulatorilor Li-ion a ajuns deja la punctul în care putem avea vehicule electrice cu autonomie comparabilă maşinilor echipate cu motoare termice. Cu toate acestea, deplasările pe distanţe mari rămân o provocare pentru posesorii de vehicule electrice, nevoiţi sa ia în considerare în planificarea călătoriilor şi timpul petrecut la staţiile de încărcare. Chiar şi în situaţia cea mai fericită, un vehicul electric conectat la o staţie de încărcare ultrarapidă are nevoie de cel puţin o oră pentru o alimentare la 80% din capacitatea acumulatorului, timp în care posesorul unui vehicul convenţional va fi demult plecat spre destinaţia aleasă.

La nivel fundamental, problema nu este una insurmontabilă, chiar şi generaţiile actuale de acumulatori Li-ion suportând puteri de încărcare considerabil mai mari decât cele folosite în mod uzual, reducând timpii de aşteptare la puţin peste 10 minute, cu condiţia asigurării unei răciri suficiente. Dezavantajul este reducerea duratei de viaţă a acumulatorilor la doar câteva cicluri de încărcare-descărcare, din pricina apariţiei unui fenomen manifestat prin apariţia unor depuneri metalice cauzând scurt-circuitarea acumulatorului.

Încercând să ocolească această limitare a tehnologiei Li-ion, un grup de cercetători ai Universităţii Penn State au dezvoltat o nouă metodă de încărcare numită asymmetric charging, care presupune în loc de răcire, încălzirea acumulatorilor până la limita de la care depunerile metalice nu se mai pot forma – aproximativ 60°C. Problema este că acumulatorii Li-ion au deja tendinţa de supraîncălzire la folosirea curenţilor de încărcare foarte mari, puncte fierbinţi formate în zona electrozilor ajungând la temperatura critică înainte ca întreg acumulatorul să atingă temperatura ideală pentru încărcare rapidă. Până acum, acest neajuns a fost ţinut sub control folosind sisteme de răcire sofisticate, care au scopul de a extrage cât mai multă căldură din acumulatori.

Pentru ca încărcarea ultra-rapidă să poată funcţiona cu acumulatorii încălziţi la temperatura de 60°C, cercetătorii au încorporat o folie din nichel cu rol de disipare şi uniformizare a căldurii în structura internă a acumulatorilor.

Reflectând denumirea asymmetric charging, sistemul de termoreglare acţionează în sensul ridicării intenţionate a temperaturii până la valoarea calibrată de 60°C, doar pentru anumite elemente din acumulator. Imediat după încheierea procesului de încărcare, temperatura este readusă la valoarea optimă pentru conservarea duratei de viaţă şi exploatarea acumulatorului la parametrii optimi.

În mod paradoxal, creşterea puterii de încărcare folosite cu acumulatorii modificaţi are ca efect reducerea uzurii, deoarece pe durata unui ciclu de încărcare de câteva minute căldura degajată nu are timp să afecteze alte componente vulnerabile la degradarea prin oxidare sau expansiune termică.

Potrivit echipei de cercetători, noul tip de acumulator Li-ion a demonstrat încă de la testele de laborator o longevitate excepţională, trecând prin 2500 cicluri de încărcare ultra-rapide (durată de 10 minute) la temperatura de 60°C, înainte de a prezenta semne de uzură. Pentru o un vehicul electric, asta se traduce în proximativ 14 ani de utilizare, sau 1.2 milioane kilometri parcurşi.

Încălziţi de la interior şi capabili să suporte la temperaturi mai înalte, noii acumulatori sunt totodată mai puţin afectaţi de temperatura ambiantă, performanţele obţinute la încărcare rămânând constante pe tot timpul anului.