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, Celsius, Yong, Původní kapacita, Nekonečný boj, Moderní li-ion, BAT, Nový typ, Velký problém, Organická sloučenina, Nejhorší případ, Důležitá vlastnost, Klasická baterie, Vybíjení, Běžná baterie, Stupeň Celsia, Elektrolyt, Elektromobil, Vynikající vlastnost, Nízká teplota


Určitě si přečtěte

Pozor, na Česko v těchto dnech útočí falešné Tesco, Penny Market a Lidl

Pozor, na Česko v těchto dnech útočí falešné Tesco, Penny Market a Lidl

** Máme tu další českou phishingovou vlnu ** Podle průzkumů máme stále problém s kybernetickou gramotností ** Nebezpečím jsou děti, které opouštějí rodiče

Jakub Čížek | 37

Jak funguje kontroverzní program, který ženám krade plavky. Mají se čeho bát?

Jak funguje kontroverzní program, který ženám krade plavky. Mají se čeho bát?

** Strojové učení ještě nepřitáhlo takový zájem jako na začátku prázdnin ** Ne, umělá inteligence nenašla lék na rakovinu ** Naučila se svlékat ženy nejen z plavek

Jakub Čížek | 35

Pojďme programovat elektroniku: Rádiový čip, který má skoro každá bezdrátová myš

Pojďme programovat elektroniku: Rádiový čip, který má skoro každá bezdrátová myš

** Bezdrátové myši řídí čip od Nordic Semiconductors ** Jeho rádiové vysílače si před lety oblíbila i komunita kutilů ** Dnes si je vyzkoušíme v praxi

Jakub Čížek | 9

Nejlepší notebooky do 10 000 korun: Co koupit a čemu se raději vyhnout

Nejlepší notebooky do 10 000 korun: Co koupit a čemu se raději vyhnout

** Do deseti tisíc korun lze dnes koupit slušné notebooky ** V nabídce ale i tak převládají zastaralé a pomalé modely ** Poradíme, jak dobře vybrat i s omezeným rozpočtem

David Polesný | 112