EVs: นักวิจัยค้นหาข้อบกพร่องที่สำคัญ จำกัด ประสิทธิภาพการชาร์จแบตเตอรี่ที่รวดเร็ว

การสร้างรถยนต์ไฟฟ้าที่ชาร์จไฟอย่างรวดเร็วเป็นดาบสองคม ในอีกด้านหนึ่งการลดเวลาชาร์จลงจากชั่วโมงเหลือเพียงไม่กี่นาทีเป็นขั้นตอนสำคัญในการทำให้ EV ดึงดูดใจผู้บริโภค - ไม่มีใครอยากรอปั๊มประมาณชั่วโมงครึ่ง แต่การวิจัยพบว่าการชาร์จแบตเตอรี่รถยนต์อย่างรวดเร็วเป็นอุปสรรคต่อประสิทธิภาพการทำงาน

บริษัท ต่าง ๆ เช่นเทสลาและปอร์เช่กำลังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการแก้ปัญหานี้ซึ่งเป็นจุดที่พยายามล่อลวงผู้บริโภคต่อ EV ของพวกเขาด้วยการชาร์จเวลาเร็วเป็นพิเศษ แต่การเร่งกระบวนการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีหรือที่เรียกว่าการชุบลิเธียมซึ่งสามารถทำให้แบตเตอรี่รถยนต์เสื่อมสภาพลงอย่างมากเมื่อเวลาผ่านไป โชคดีที่กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันได้ควบคุมพลังของเทคโนโลยีเอ็กซเรย์เพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์นี้เพื่อพัฒนาแบตเตอรี่ที่ดีขึ้นในอนาคต

การศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร พลังงานและวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม ตรวจสอบโดยเฉพาะการตรวจสอบเซลล์แบบเหรียญแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟได้พร้อมขั้วไฟฟ้ากราไฟต์หรือส่วนประกอบที่มีประจุบวกและประจุลบของเซลล์ ด้วยการใช้เทคนิคที่เรียกว่าการกระจายพลังงานด้วยรังสีเอ็กซ์เรย์การกระจายพลังงานนักวิจัยสามารถจับ“ ภาพยนตร์” ของแบตเตอรี่ที่เริ่มทำงานผิดปกติระหว่างการชาร์จอย่างรวดเร็ว นี่ทำให้พวกเขาเห็นภาพที่ชัดเจนว่าการชุบลิเธียมอาจเกิดขึ้นในเซลล์ที่ใหญ่กว่าซึ่งในที่สุดจะใช้กับรถยนต์และสมาร์ทโฟน

นักวิจัยยังพบว่าอิเล็กโทรไลต์หรือของเหลวในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีประจุระหว่างขั้วไฟฟ้ามีแนวโน้มแข็งตัวใกล้กับตัวแยกซึ่งเป็นเยื่อหุ้มเซลล์ระหว่างขั้วไฟฟ้าของเซลล์ Daniel Abraham นักวิทยาศาสตร์แบตเตอรี่ที่กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาและผู้ร่วมการศึกษาอธิบายว่าสิ่งนี้ทำให้นักวิจัยมีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับ อย่างแน่นอน สิ่งที่ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วนี้

“ คุณอาจคาดหวังเพียงแค่สามัญสำนึก” เขากล่าวในแถลงการณ์ “ แต่เมื่อเห็นอย่างชัดเจนถึงวิธีการกระจายของลิเธียมภายในอิเล็กโทรดเราจึงได้รับความสามารถในการกำหนดวิธีการที่ไม่เหมือนกันซึ่งแบตเตอรี่มีอายุได้อย่างแม่นยำ”

ปรากฎว่าลิเธียมทำให้โครงสร้างผลึกของกราไฟต์ขยายตัวนำไปสู่การสะสมของโลหะเล็ก ๆ ใกล้กับตัวแยก หลังจากเวลาผ่านไปสักพักสิ่งสะสมนี้เริ่มรบกวนความสามารถโดยรวมของเซลล์ลดช่วงของรถยนต์หรืออายุการใช้งานแบตเตอรี่โดยรวมของโทรศัพท์

ปัจจุบันวิธีเดียวที่จะป้องกันการชุบลิเธียมคือการหลีกเลี่ยงแรงดันเกินตามศูนย์แบตเตอรี่ของ UPS นั่นไม่ใช่ความเข้ากันได้กับภารกิจของอุตสาหกรรม EV ในบางวันที่เติมเต็มความฝันของเรา แต่สิ่งนี้สามารถแก้ไขได้ถ้านักวิทยาศาสตร์แบตเตอรี่หาวิธีแทนที่กราไฟท์ด้วยวัสดุที่เป็นผลึกน้อยกว่า

ตอนนี้อับราฮัมและเพื่อนร่วมงานของเขาได้ค้นพบวิธีสังเกตการชุบลิเธียมพวกเขาตั้งใจจะศึกษาแบตเตอรี่เซลล์แบบพกพาขนาดใหญ่ที่พบใน EV และสมาร์ทโฟน วิธีนี้พวกเขาสามารถทำงานเพื่อหาวิธีแก้ไขปัญหาเฉพาะเพื่อสร้างแบตเตอรี่ที่มีอายุการใช้งานยาวนานซึ่งสามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็วซึ่งการพัฒนาที่เมื่อสำเร็จแล้วจะต้องส่งคลื่นกระแทกในหลายอุตสาหกรรม