Věda | Baterie | Li-Ion

Nový typ Li-Ion baterie pracuje stabilně i při -70 stupňích Celsia. Může pomoci elektromobilům i vesmírnému cestování

  • Vědci vytvořili nový typ baterie, která je odolná i vůči velmi nízkým teplotám
  • Kapacitu si udrží i při teplotách -70 stupňů Celsia
  • Odolnost vůči chladu je důležitá například u elektromobilů nebo ve vesmíru

Čínští vědci Yongyao Xia a Yonggang Wang se při vývoji nového typu Li-Ion baterií zaměřili na optimalizaci teplotní stability, speciálně pak v nízkých teplotách, která je u klasických baterií problém.

Takřka každý den vědci zveřejňují nové objevy v oblasti různých druhů baterií a zlepšování jejich vlastností. Typicky se jedná o kapacitu, rychlosti nabíjení nebo třeba i hmotnost a velikost. Velmi důležitou vlastností je ale i provozní teplota, protože dokáže poměrně výrazně ovlivnit samotné chování baterie jak z pohledu kapacity, tak i následné výdrže. I kdybyste měli skvělou vysokokapacitní baterii, jakmile s ní v zimě vyjdete ven, její funkčnost se dokáže rapidně omezit.

Noci jsou chladné

Většina dnešních baterií, které jsou používané v běžné elektronice (Li-Ion), má optimalizovaný provoz pro pokojové teploty v oblasti 20 stupňů Celsia. Jakmile ale teplota stoupne příliš vysoko nad tuto hranici nebo naopak klesne třeba pod hranici bodu mrazu, začínají nastávat velké problémy.

Většina modelů baterií totiž už při teplotách -20 stupňů Celsia ztrácí polovinu své kapacity, takže i když vyjdete do takto mrazivého dne s plně nabitou baterií, velmi rychle může nastat chvíle, že uvidíte rapidní procentuální pokles zbývají energie baterie a v nejhorším případě se vám telefon i rovnou vypne.

V případě mrazů kolem -40 stupňů Celsia, které se rovněž vyskytují poměrně běžně na mnoha místech naší planety, může kapacita běžných baterií poklesnout i na hodnotu kolem 12 % původní kapacity.

To je problém například u elektromobilů, které zažívají rozmach. Jejich baterie jsou rovněž typu Li-Ion a trpí tak nízkými teplotami. Pokud by taková baterie přes noc zamrzla, místo 500 kilometrů byste byli rádi, že ujedete třeba jen 50 kilometrů i na „plně nabitou“ baterii. Například Tesla to řeší speciálním vodním chlazením, které je integrované přímo v baterii a udržuje teplotu jednotlivých článků na stabilnější teplotě. K tomu ale potřebuje elektrickou energii, takže konkrétně u zaparkovaných vypnutých elektromobilů Tesla dochází každý den k vyčerpání přibližně 5 % kapacity baterie, záleží na teplotních podmínkách.

Inovace v elektrolytu i elektrodách

Li-Ion baterie jsou v základu vytvořené z elektrod (negativní anoda a pozitivní katoda), mezi kterými se přenáší ionty v rámci elektrolytu ve směru podle toho, jestli nabíjíte, nebo naopak čerpáte energii. Při nízkých teplotách dochází ke špatné vodivosti a přenosu energie v rámci všech těchto částí, což ve výsledku znamená právě sníženou kapacitu.

Klepněte pro větší obrázek
Průběh nabíjení a vybíjení, výkon při pokojové teplotě

Vědci proto pro elektrolyt použili organickou sloučeninu Ethylacetát, která zamrzá až u velmi nízkých teplot a v případě elektrod rovněž použili organické složky (anoda – polymid 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydrid, katoda - polytriphenylamine. Tento systém už nespoléhá ne techniku opětovného ukládání iontů do mřížky, což je proces, který je ovlivňován nízkými teplotami v běžně používaných materiálech.

Klepněte pro větší obrázek
Porovnání schopností baterie při teplotě až -70C

Baterie vyrobená na tomto principu dokáže fungovat bez větších problémů i při teplotách -70 stupňů Celsia, takže přežije i ty nejkrutější mrazy na Zemi. Kapacita zůstane zachována při této teplotě na hranici kolem 70 % původní kapacity.

Je potřeba ladit

Jak už to ale bývá, vynikající vlastnosti na jedné straně znamenají něco horšího na druhé straně. V tomto případě vědci musí vyřešit především hustotu uložení energie, která je oproti moderním Li-Ion baterií v případě tohoto prototypu velmi nízká a byla by tak neefektivní jako náhrada, kterou je možné začít rovnou vyrábět ve velkém.

Baterie jsou zkrátka nekonečný boj a stále je co vylepšovat a optimalizovat, k čemuž dochází plynule neustále. I když to možná nevnímáme, tak samotná kapacita baterií se stejnými vlastnostmi zlepšuje každý rok o přibližně 5 % až 10 %.

Odolnost vůči chladu je přitom důležitá nejen pro budoucí elektromobily, které budou určené pro chladnější podmínky, ale také třeba pro vesmírné nasazení, kde se teploty mohou blížit k k absolutní nule (-273,15 stupňů Celsia).

Diskuze (7) Další článek: Týden mobilně 424: Máme za sebou největší veletrh roku a tohle jsou jeho největší hity

Témata článku: Věda, Země, Výzkum, Baterie, Akumulátory, Li-Ion, Vesmírné cestování, Elektrická energie, Běžná elektronika, Chladná podmínka, Vynikající vlastnost, Nízká teplota, Důležitá vlastnost, Moderní li-ion, Elektromobil, Používaný materiál, Elektrolyt, Absolutní nula, Nejhorší případ, Opětovné ukládání, BAT, Běžná baterie, Původní kapacita, Stabilní teplota, Budoucí elektromobil


Určitě si přečtěte

Je to dobré, cetky z AliExpressu budou nejspíše relativně levné i v roce 2021

Je to dobré, cetky z AliExpressu budou nejspíše relativně levné i v roce 2021

** V roce 2021 začneme platit DPH i u laciného zboží z asijských e-shopů ** Daň ale budeme většinou platit už na e-shopech ** Nemusíte se bát zdlouhavého a drahého celního řízení

Jakub Čížek | 74

Windows 10 May 2020 Update je venku. Odstraňuje hesla a přináší Linux

Windows 10 May 2020 Update je venku. Odstraňuje hesla a přináší Linux

** Jarní aktualizace Desítek přináší dost novinek, jsou ale spíš menší ** Zlepšují se stabilita, rychlost i komfort ovládání ** Revoluce ve Windows 10 teprve přijde

Vladislav Kluska | 90

Velká datová loupež. Proč mají disky nižší kapacitu, než uvádějí?

Velká datová loupež. Proč mají disky nižší kapacitu, než uvádějí?

** Na disk nikdy neuložíte tolik dat, jak tvrdí výrobce ** Ajťáci si vymysleli vlastní jednotky jako mebibajt ** Zmatky vznikají i kvůli různým výjimkám

Lukáš Václavík | 94

Proč je COVID-19 tak nebezpečný, jak se detekuje, jak ničí a máme už pandemii?

Proč je COVID-19 tak nebezpečný, jak se detekuje, jak ničí a máme už pandemii?

** V čem spočívá nebezpečí nemoci COVID-19? ** Jak se testuje její přítomnost v těle? ** Jak se ničí UVC i ozónem a proč už CNN mluví o pandemii?

Jakub Čížek | 73