Nabíjanie svetlom znižuje dobu nabíjania v elektroautách až dvakrát.

Vedci  v Argonne National Laboratory z amerického ministerstva energetiky (DOE) , uviedli nový mechanizmus na urýchlenie nabíjania lítium-iónových batérií pre elektrické vozidlá. Objav sa týka pozoruhodného faktu a síce,  vystaveniu katódy lúču koncentrovanému svetlu - napríklad bielemu svetlu z xenónovej žiarovky, ktoré interaguje s katódou – čo zníži čas nabíjania batérie až dvojnásobne. 

Už teraz existujú špeciálne stanice, ktoré dosahujú ultrarýchle nabíjanie elektrických vozidiel, dodávaním oveľa vyššieho prúdu do batérie. Avšak príliš veľa prúdu za príliš krátky čas, znižuje výkon batérie.

Rýchle nabíjanie zostáva stále kritickou výzvou pre výrobcov batérií, nakoľko doterajší stav bráni väčšiemu, masovému rozšíreniu. Nabíjanie elektrického vozidla totiž pri úplnom vybití trvá zvyčajne až cca 8 hodín.

Lítium-iónové batérie pre vozidlá sa obvykle pomaly nabíjajú, aby sa dosiahla úplná elektrochemická reakcia.
„Chceli sme značne skrátiť túto nábíjaciu reakciu bez poškodenia elektród z výsledného vyššieho prúdu,“ povedal Christopher Johnson, člen skupiny Argonne Distinguished Fellow a vedúci skupiny v divízii chemických vied a inžinierstva.

Elektródy dnešných Li-ion batérií sú uložené v tmavom nepriehľadnom puzdre. Výskumný tím vytvoril malé Lítium-iónové bunky, „coin cells“, s priehľadnými oknami z kremeňa, ktoré umožňuje koncentrovanému svetelnému lúču osvetľovať elektródy batérie počas nabíjania. Tieto bunky testovali s bielym svetlom a bez bieleho svetla, ktoré osvetľovalo katódu. Vedci predpokladali, že počas nabíjania bude biele svetlo priaznivo interagovať s typickým katódovým materiálom, ktorým je oxid lítno-mangánový, skrátene LiMn204 (LMO).

Hlavným účinkom tejto priaznivej reakcie je teda vzájomné pôsobenie svetla s LMO, polovodičovým materiálom, o ktorom je známe, že interaguje so svetlom. Preto počas absorpcie fotónov vo svetle počas nabíjania mení prvok mangán v LMO svoj stav nabitia z trojmocného na štvormocný (Mn3 + na Mn4 +). Výsledkom je, že ióny lítia sa katódou vylučujú rýchlejšie, ako by nastali bez procesu excitácie (zvyšovania energie) fotónov. A táto situácia urýchľuje reakciu batérie, teda nabíjanie a to bez zníženia výkonu alebo životnosti batérie.

„Naše testy na bunkách ukázali, že pri zapnutom svetle došlo k dvojnásobnému skráteniu doby nabíjania,“ uviedol Christopher Johnson, člen skupiny Argonne Distinguished Fellow a vedúci skupiny v divízii chemických vied a inžinierstva.

Okrem spoločnosti Johnson sú ďalšími prispievateľmi Argonne Anna Lee, Márton Vörös, Wesley M. Dose, Jens Niklas, Oleg Poluektov, Richard D. Schaller, Hakim Iddir, Victor A. Maroni, Eungje Lee, Brian Ingram a Larry A. Curtiss. 

Úrad pre automobilové technológie Úradu pre energetickú efektívnosť a obnoviteľnú energiu DOE, označil rýchle nabíjanie za výzvu pri zabezpečovaní hromadného rozšírenia elektrických vozidiel s cieľom nabitia 15 minút. Tento výskum by mohol byť kľúčom k dosiahnutiu tohto cieľa.

Štúdia s názvom Photo-accelerated fast charging of lithium-ion batteries bola publikovaná v časopise Nature Communications.

Zdroj: sciencedaily.com