צוות אוניברסיטת קיימברידג’ מגלה מדוע סוללות EV מתכלות; טסלה, יצרניות רכב אסירות תודה אחרות

אחד האתגרים הגדולים של תעשיית הרכב החשמלי הוא כיצד לטפל בבעיית ההידרדרות, שסובלת לרוב מסוללות ליתיום-יון כשהן אוגרות אנרגיה. כעת צוות חוקרים מאוניברסיטת קיימברידג’ גילה את הסיבה לכך שסוללה מאבדת מיעילותה לאורך חייה השימושיים. התגלית תגדיל את אורך החיים והביצועים של סוללות המצוידות בטכנולוגיה זו.

המחקר שביצעה האוניברסיטה הבריטית פוגע בעצם במחקרים רבים אחרים שפורסמו עד כה על תנועת יוני ליתיום בתוך הסוללה, שעד כה נחשבו מאוחסנים באופן אחיד בחלקיקים בודדים ופעילים של החומר. חקירה זו מגלה שהאחסון שלו משתנה למעשה ותלוי במצב מחזור הפריקה.

Tesla Model X, באדיבות Tesla Inc.

ליתר דיוק, הצוות עקב במיקרוסקופ כיצד אור יוצר אינטראקציה עם חלקיקים פעילים במהלך פעולת סוללת ליתיום עם קתודה עשירה בניקל מנגן תחמוצת (NMC); כלומר, במצבר טרירי טיפוסי המשמש באופן קבוע בימינו בכלי רכב חשמליים רבים ושונים. טכניקה זו אפשרה להם לראות הבדלים באחסון ליתיום במהלך מחזורי הטעינה והפריקה.

“זו הפעם הראשונה שחוסר האחידות הזה של אחסון ליתיום בחלקיקים בודדים נצפתה ישירות”, אמרה אליס מרי-וות’ר, אחת החוקרים מהמחלקה לכימיה של יוסוף חמיד בקיימברידג’. טכניקות בזמן אמת, כמו שלנו, חיוניות כדי ללכוד את האפקט הזה בזמן שהסוללה במחזור טעינה ופריקה מלא.

בשילוב תצפיות ניסויות עם מודלים ממוחשבים, החוקרים מצאו כי חוסר האחידות של ליתיום נגרמת משינויים דרסטיים בקצב הדיפוזיה של יוני ליתיום בקתודה NMC במהלך מחזור המטען-פריקה. באופן ספציפי, יוני ליתיום מתפזרים באיטיות לתוך חלקיקי NMC “מנוהלים” במלואם, תהליך שמתגבר באופן משמעותי ברגע שכמה יוני ליתיום מופקים מחלקיקים אלה, אומרים החוקרים.

סוללת Tesla, באדיבות Tesla Inc.

יתר על כן, ההטרוגניות של הליתיום שנצפתה בסוף מחזור הפריקה מבססת את אחת הסיבות לכך שחומרי קתודה עשירים בניקל מאבדים בדרך כלל כ-10% מהקיבולת שלהם לאחר מחזור הטעינה-פריקה הראשון. ממצא זה הוא משמעותי, שכן התקן התעשייה המשמש לקביעה אם יש להסיר סוללה מרכב חשמלי או לא מציב את מגבלת ההשפלה ב-20% מהקיבולת הכוללת שלו, לדברי צ’או שו, מדען מאוניברסיטת שנחאי-טק. אשר גם תמך במחקר בזמן שעבד באוניברסיטת קיימברידג’.

הצוות ביצע את התצפיות שלהם בעזרת מודל המסוגל לחזות במדויק התפלגות ליתיום. זה גם תפס את מידת ההטרוגניות שנראתה בניסויים, אמר שרינידי פנדורנגי, חבר נוסף בצוות המחקר מהמחלקה להנדסה של קיימברידג’. “המודל שלנו מספק מידע על הטווח שבו הדיפוזיה של יוני ליתיום בחלקיקי NMC משתנה בשלבים המוקדמים של הטעינה”, הוסיף.

כאשר הסוללה קרובה לסוף מחזור הפריקה, משטחי החלקיקים הפעילים הופכים רוויים בליתיום, בעוד שהגרעינים שלהם סובלים ממחסור בליתיום; דיפוזיה זו של ליתיום גורמת לאובדן של ליתיום לשימוש חוזר ולקיבולת מופחתת. “התחזיות הללו הן המפתח להבנת מנגנוני פירוק סוללה אחרים, כמו שבר חלקיקים”, אמר פנדורנגי. ממצא זה עשוי לסייע בפיתוח סוללות עתידיות שבהן ניתן להבטיח אובדן קיבולת נמוך יותר ולכן יעילות גבוהה יותר.

סוללת Tesla, באדיבות Tesla Inc.

המחקר ותוצאותיו פורסמו ב-Jole. לדברי מחבריו, מחקרים אלו עשויים להיות שימושיים במיוחד עבור יצרני רכב רבים ושונים בפיתוח סוללות עתידיות לרכבים החשמליים שלהם. למעשה, השימוש בקתודות NMC הוא הבחירה הנפוצה ביותר ברוב כלי הרכב החשמליים בשוק נכון להיום, למרות שמדענים עדיין לא מבינים עד הסוף כיצד ביצועי הסוללה קשורים להובלת ליתיום בתוך הקתודה. לאחר שגילה את המפתח לתהליך השפלה, צוות המחקר של קיימברידג’ מחפש כעת גישות חדשות להגדלת צפיפות האנרגיה ולהארכת אורך החיים של סוללות ליתיום-יון.

מקור: sciencedirect

כל התמונות באדיבות Tesla Inc.

Nico Caballero הוא סמנכ”ל הכספים של Cogency Power, המתמחה באנרגיה סולארית. הוא גם בעל תעודה במכוניות חשמליות מאוניברסיטת דלפט לטכנולוגיה בהולנד, ונהנה לעשות מחקר על סוללות טסלה ו-EV. ניתן להגיע אליו ב @NicoTorqueNews בטוויטר. ניקו מסקר את ההתרחשויות האחרונות של טסלה וכלי רכב חשמליים ב- Torque News.

Leave a Comment