Chińscy badacze dokonali znaczącego przełomu w technologii akumulatorów litowo-jonowych, osiągając gęstość energii 700 watogodzin na kilogram (Wh/kg). Postęp ten rozwiązuje długotrwałe ograniczenia w chemii elektrolitów, potencjalnie zmieniając krajobraz magazynowania energii w pojazdach elektrycznych, przemyśle lotniczym i zastosowaniach niskotemperaturowych.
Pokonywanie istniejących ograniczeń
Tradycyjne akumulatory litowo-jonowe wykorzystują estry węglanowe jako rozpuszczalniki soli litu. Chociaż rozpuszczalniki te są skuteczne, mają wady: wymagają dużych objętości, co zapobiega dalszemu wzrostowi gęstości energii, a ich silne oddziaływanie z jonami litu spowalnia przenoszenie ładunku, szczególnie w niskich temperaturach (gdzie wydajność spada poniżej -50°C).
Aby obejść te problemy, zespół badawczy kierowany przez profesora Zhao Qing (Uniwersytet Nankai), pracownika akademickiego Chen Jun i badacza Li Yonga (Szanghajski Instytut Źródeł Energii Kosmicznej) opracował nową klasę elektrolitów przy użyciu fluorowanych rozpuszczalników węglowodorowych. Rozpuszczalniki te zapewniają skuteczniejsze rozpuszczanie soli litu przy lepszej zwilżalności, zmniejszając całkowitą objętość elektrolitu. Słabsza interakcja między litem i fluorem również przyspiesza przenoszenie ładunku nawet w ekstremalnie niskich temperaturach.
Kluczowe wyniki i wydajność
Nowe akumulatory litowo-jonowe osiągają 700 Wh/kg w temperaturze pokojowej, co stanowi znaczny wzrost w porównaniu z obecną ofertą komercyjną. Co najważniejsze, utrzymują wydajność na poziomie około 400 Wh/kg w temperaturze -50°C, rozwiązując główny problem z wydajnością akumulatorów używanych w trudnych warunkach klimatycznych.
Według profesora Zhao Qing innowacja skupia się na manipulowaniu gęstością elektronową fluoru i strukturą cząsteczek rozpuszczalnika w celu optymalizacji rozpuszczania soli litu. Takie podejście pozwala uzyskać akumulatory charakteryzujące się zarówno dużą gęstością energii, jak i doskonałą odpornością na niskie temperatury.
Implikacje i kontekst
Badania te są istotne, ponieważ dzisiejsze zaawansowane akumulatory, takie jak seria Qilin firmy CATL, osiągają szczytową wartość około 250–255 Wh/kg na poziomie systemu. Chociaż liczba 700 Wh/kg prawdopodobnie odnosi się do samego ogniwa, stanowi znaczący krok poza możliwości obecnej technologii. W rzeczywistości wiele opracowywanych akumulatorów półprzewodnikowych ma obecnie trudności z przekroczeniem progu 400 Wh/kg.
Wniosek jest jasny: badania te skutecznie przeniosły gęstość energii tradycyjnych akumulatorów litowo-jonowych do sfery zaawansowanych alternatyw półprzewodnikowych.
Jeśli uda się skutecznie skalować tę innowację, może ona znacząco zwiększyć zasięg i wydajność pojazdów elektrycznych, zasilić robotykę nowej generacji i otworzyć nowe możliwości dla lotnictwa i środowisk ekstremalnych. Wydarzenie to podkreśla rosnącą dominację Chin w technologii akumulatorów i sugeruje potencjalną zmianę na światowym rynku magazynowania energii.
