Elektrikli araçların soğuk havalarda şarj olma süresi, yeni bir üretim süreci sayesinde beşte birine kadar inebilir. Yapılan bir araştırma, bu potansiyeli ortaya koyuyor.
Yakın zamanda prestijli bir bilimsel dergide yayınlanan yeni bir çalışmada, araştırmacılar lityum-iyon bataryaların şarj hızlarını, yapısal tasarımlarını ve şarj sırasında meydana gelen kimyasal reaksiyonları değiştirerek, -10 santigrat derece gibi düşük sıcaklıklarda bile önemli ölçüde iyileştirebileceklerini açıkladılar.
Araştırmayı yapan ekip, bu yöntemle “lityum-iyon bataryanın enerji yoğunluğundan ödün vermeden, düşük sıcaklıklarda aşırı hızlı şarjı aynı anda başarabildiklerini” belirtti.
Soğuk sıcaklıklar, şarj sırasında işleyen kimyasal süreçler nedeniyle şarj hızlarını sınırlar ve genel enerji verimliliğini düşürür.
Bataryalar, sıvı bir elektrolit çözeltisi içindeki iki elektrot plakası arasında lityum iyonlarının hareketiyle çalışır. Bu süreç sıcak havalarda verimlidir, ancak soğuk koşullarda elektrolit sıvısı kalınlaşır, elektriksel akımları azaltır ve dolayısıyla şarj sürelerini uzatır.
Üreticiler bu sorunu, batarya hücrelerinde kullanılan elektrotların kalınlığını artırmak veya bataryanın yapısını değiştirmek gibi çeşitli yollarla çözmeye çalışmıştır. Ancak bu adımlar çoğu zaman sorunu daha da kötüleştirmiştir. Örneğin, 2023 yılında yapılan bir araştırma, elektrolitlerin bileşimindeki değişikliklerin hızlı şarj yeteneklerini engellediğini göstermiştir.
Araştırmacılar İyonlar İçin Yeni ‘Yollar’ Oluşturdu
Daha önceki bir çalışmada, araştırmacılar anotta — şarj sırasında lityum iyonlarını alan ve karşı uçtaki katota elektron gönderen elektrot — yeni “yollar” oluşturdular.
Bu yolları oluşturmak için araştırmacılar, anotun grafit katmanlarına lazer kullanarak delikler açtılar. Bu sayede lityum iyonları daha hızlı hareket edebildi ve elektrot içine daha çabuk gömüldü.
Bu önceki proje şarj sürelerini hızlandırdı, ancak soğuk hava koşullarında anotta lityum birikmesine (kaplama) neden oldu. Bu “kaplama”, elektrotun elektrolit sıvısıyla reaksiyona girmesini engelledi.
Araştırmayı yapan ekipten bir uzman, “Bu kaplama, tüm elektrotun şarj olmasını engelliyor ve bu da bataryanın enerji kapasitesini tekrar düşürüyor,” diye açıkladı.
Bu katmanın oluşmasını engellemek için, yeni çalışmada bataryayı lityum borat-karbonattan yapılmış 20 nanometre kalınlığında bir malzeme ile kapladılar. Katı hal bataryaları üzerine yapılan önceki araştırmalar, bu malzemenin iyon iletiminin verimliliğini artırdığını göstermişti.
Araştırmacılar, bu durumda kaplamanın, yollar tekniği ile birleştirildiğinde sıfır altı sıcaklıklarda şarj verimliliğinde %500 artış sağladığını belirttiler. Bu tekniklerle modifiye edilen bataryalar, sıfır altı sıcaklıklarda 100 defaya kadar hızlı şarj edildiklerinde bile kapasitelerinin %97'sini korudu.
Çalışmanın kapsamı sınırlı olsa da, araştırmacılar bu değişikliklerin üretim seviyesinde uygulanmasının kolay olduğunu ve geniş kapsamlı etkileri olabileceğini söyledi.
“Bu yaklaşımı, EV batarya üreticilerinin mevcut fabrikalarında büyük değişiklikler yapmadan benimseyebileceği bir şey olarak görüyoruz,” şeklinde eklediler.
