Opracowano samonagrzewające się baterie do aut elektrycznych. Nad rozwiązaniem problemu mało wydajnych ogniw pracują także Polacy

Dynamicznie rośnie liczba samochodów elektrycznych na ulicach. Problemem w rozwoju elektromobilności są jednak baterie litowo-jonowe. Nieodporne na działania temperatury, są nawet o 25 proc. mniej wydajne przy temperaturze poniżej zera. Amerykańscy naukowcy opracowali nowy typ baterii, które mogą się same nagrzewać, a więc nie tracą właściwości w trudnych warunkach. Pomocne w rozwiązaniu problemu mało wydajnych ogniw mogą być także prowadzone w Polsce symulacje komputerowe, w których można przetestować działanie baterii w określonym środowisku.

– Zarządzanie termiką magazynu energii pojazdu jest istotne z punktu widzenia bezpieczeństwa, ale i efektywności energetycznej. Postanowiliśmy temat zgłębić, żeby dla ogniwa litowo-jonowego, które tam jest przeważnie stosowane, opracować przede wszystkim bardzo dokładne modele elektryczne, ale również termiczne. Chodzi o to, by w symulacjach komputerowych być w stanie przewidzieć przy danym cyklu jezdnym na danej trasie, jak samochodowa bateria będzie się grzała – mówi w rozmowie z agencją informacyjną Newseria Innowacje Tomasz Detka, kierownik Zakładu Elektromobilności w Przemysłowym Instytucie Motoryzacji (PIMOT).

Z analizy międzynarodowej firmy doradczej Frost & Sullivan wynika, że w najbliższych latach można oczekiwać znacznego postępu technologicznego w obszarze akumulatorów do pojazdów elektrycznych. Baterie litowo-jonowe, mimo wielu zalet, nie są idealnym rozwiązaniem nie tylko z powodu wysokich kosztów zakupu, lecz także ograniczonej wydajności i nie zawsze wystarczającego poziomu bezpieczeństwa.

– Złe zarządzanie termiką czy pozwolenie na to, żeby bateria się przegrzała albo nadmiernie schłodziła, w najlepszym przypadku – szczególnie jeśli chodzi o chłodzenie – będzie powodowało, że nie możemy z niej pobrać tyle mocy, ile byśmy chcieli, czyli mamy wolniejszy samochód. Przegrzanie zaś jest szczególnie niebezpieczne, bo zachodzące wówczas w ogniwie procesy chemiczne mogą spowodować jej deformację, a ostatecznie wybuch czy zapłon takiego ogniwa – tłumaczy Tomasz Detka.

Badania przeprowadzone przez amerykański Departament Energii wykazały, że niska temperatura może wpływać na akumulatory w samochodach elektrycznych, zmniejszyć ich wydajność o ponad 25 proc., a zasięg samochodów z ok. 80 do 60 mil. Akumulatory litowo-jonowe są też podatne na wybuch przy przegrzaniu się lub przy użyciu niewłaściwej ładowarki. Naukowcy opracowują metody, które mają ograniczyć takie ryzyko.

Naukowcy z Maryland z kolei opracowali akumulator do samochodów elektrycznych, stosując ulepszone elektrody stabilizowane wysoko fluorowanym elektrolitem, które znacznie zwiększają pojemność baterii. Nad ulepszeniem baterii litowo-jonowych pracują także polscy naukowcy.

– Nie wymyślamy samej baterii czy samego ogniwa schodząc bardzo głęboko na ten poziom elektrochemiczny. Patrzymy raczej już na gotowe ogniwo i chcemy jak najlepiej zbadać jego parametry elektryczne w pierwszej kolejności, w drugiej kolejności termiczne, żeby na podstawie badań eksperymentalnych przejść do badań symulacyjnych, które są tańsze i prostsze – przekonuje ekspert.

Znajdujące się w strukturze PIMOT Centrum Bezpieczeństwa Transportu i Diagnostyki Pojazdów pozwala przetestować różne możliwe rozwiązania i sprawdzić, które z nich może okazać się najskuteczniejsze. Pomysłów, jak usprawnić baterie w samochodach elektrycznych, przybywa.

Naukowcy z Uniwersytetu Pensylwania stworzyli baterię, która może sama się nagrzewać, pozwalając na szybkie ładowanie niezależnie od zimna na zewnątrz. Kiedy czujnik temperatury podłączony do akumulatora, wykryje, że bateria znajduje się poniżej temperatury pokojowej, wysyła elektrony przepływające przez folię niklową. To powoduje, że bateria jest w pełni naładowana, dopóki nie osiągnie ponownie temperatury pokojowej. Innym rozwiązaniem jest bateria, która nie przekracza ustalonej temperatury, przed przegrzaniem może też chronić system schładzania powietrzem.

– Przyszłościową technologią jest np. zastosowanie pianek metali do chłodzenia ogniw. Ważnym zagadnieniem jest łączenie ogrzewania czy chłodzenia magazynu energii z ogrzewaniem lub chłodzeniem kabiny, możemy np. wykorzystać to powietrze, którym nagrzewamy kabinę, żeby przepływało przez magazyn energii. Chodzi o to, żeby w Polsce również mieć możliwość sprawdzenia, które rozwiązania są sensowne, żeby wspierać nasze rodzime projekty – podkreśla Tomasz Detka.

Według danych Polskiego Związku Przemysłu Motoryzacyjnego, w 2017 r. w Polsce sprzedano 439 samochodów elektrycznych.