Nízkoteplotná batéria Lítium-iónová batéria odoláva silnému mrazu
Lítium-iónové batérie sa považujú za powerhouse medzi nabíjateľnými batériami. Sú porovnateľne ľahké a majú vysokú hustotu energie. Už dávno sa našli v kompaktnej podobe v notebookoch, mobilných telefónoch, digitálnych fotoaparátoch a bezdrôtových skrutkovačoch. Teraz sú takmer v každom elektromobile a e-bicykli a dodávajú elektrickým motorom elektrinu. Chladné zimné dni, keď teploty klesajú hlboko pod nulu, spôsobujú problémy zdrojom energie. Batérie potom strácajú veľa energie: kapacita a pokles napätia. Dôvod: kvapalný elektrolyt sa stáva viskóznejším a tuhne, čo znižuje jeho vodivosť.
Lítiové ióny potom migrujú pomalšie z katódy na anódu a naopak. Pri mínus 20 stupňoch je kapacita bežnej lítium-iónovej batérie 50 percent, pri mínus 40 stupňoch je to iba 12 percent. V polárnych oblastiach sú lítium-iónové batérie prakticky nepoužiteľné, pokiaľ nie sú vybavené vykurovacou alebo tepelnou izoláciou, čo však zvyšuje váhu.
Predchádzajúce prístupy, vďaka ktorým boli lítium-iónové batérie vhodnejšie pre teploty pod bodom mrazu, boli väčšinou založené na pridávaní prísad do elektrolytu. Iba elektrolyt, ktorý je pri izbovej teplote plynný, si zachováva veľkú časť svojej vodivosti pri mínus 60 stupňoch, pretože zostáva tekutý. Kvôli tlaku plynu je však pre batériu potrebný oceľový kryt, ktorý tiež zvyšuje hmotnosť.
Organické chladivo
Čínski vedci teraz v časopise „Joule“ predstavujú nabíjateľnú batériu, ktorá vydrží extrémny chlad. Vedci spolupracujúci s Yongyao Xia z Fudanskej univerzity v Šanghaji skonštruovali lítium-iónovú batériu, ktorá má stále 70 percent svojej pôvodnej kapacity pri mínus 70 stupňoch. Aby bol ich zdroj energie odolný voči chladu, používajú Yongyao Xia a jeho kolegovia ako elektrolyt zmes lítnej soli a etylacetátu. Organické rozpúšťadlo má bod tuhnutia mínus 84 stupňov. Elektrolyt preto zostáva tekutý a preto vodivý aj pri nízkych teplotách.
Dva tuhé polyméry slúžia ako katóda a anóda, ktoré môžu rýchlo absorbovať a uvoľňovať lítne ióny, aj keď je veľmi studená. Na rozdiel od bežných elektródových materiálov uhľovodíkové reťazce neukladajú vo vnútri ióny lítia, čo pri poklese teploty spomaľuje proces nabíjania a vybíjania. Náboje zostávajú na povrchu a odtiaľ môžu odtiekť rýchlejšie a ľahšie.
Zdroj energie pre studený štart
Vedci testovali prototypy svojej organickej lítium-iónovej batérie v studenej komore. Výsledok je presvedčivý: batéria si pri mínus 40 stupňoch zachovala takmer sto percent svojej kapacity. Pri mínus 70 stupňoch to bolo stále 70 percent.
Podľa vedcov majú organické batérie ďalšie výhody: V porovnaní s prechodnými kovmi, ktoré sa bežne používajú ako elektródový materiál, je možné organické komponenty vyrábať lacno a ekologicky - a sú tak ľahšie dostupné. Organické elektródy by stáli iba asi tretinu toľko ako elektródy v bežných lítium-iónových batériách.
Organické batérie však majú stále jednu vážnu nevýhodu. Hustota energie je nižšia ako u bežných lítium-iónových batérií - je zhruba v rozmedzí od olovených batérií. Organické zdroje energie sú pre mnohé aplikácie a dlhodobé použitie príliš slabé. Xia a jeho kolegovia si myslia, že batérie odolné voči chladu sú vhodné na dodanie potrebnej energie počas studeného štartu.