#ABD Enerji Bakanlığı'ndaki araştırmacılar (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı, elektrikli araçlar için lityum iyon pillerin şarjını hızlandıran yeni bir mekanizma bildirdi. Sadece katodu konsantre bir ışık huzmesine maruz bırakmak - örneğin, bir xenon lambasından gelen beyaz ışık - pil şarj süresini iki veya daha fazla dikkate değer bir faktörle azaltır. Ticarileştirilirse, böyle bir teknoloji elektrikli araçlar için bir oyun değiştirici olabilir.

Elektrikli araç sahipleri, şarj seviyesi düşük olduğu veya en yakın şarj istasyonunun bulunduğu yerin çok uzak göründüğü için “menzil endişesinden” haberdardır. Hızlı şarj, bu tür taşıtların taşımacılık pazarının büyük bir bölümünü yakalayabilmesi için kritik bir sorun olmaya devam ediyor. Boş bir elektrikli araba için şarj işlemi tipik olarak yaklaşık sekiz saat sürer.

Aküye çok daha yüksek bir akım ileterek elektrikli araçların ultra hızlı şarjını sağlayan özel supercharging istasyonları bulunmaktadır. Ancak çok kısa sürede çok fazla akım geçirmek batarya performansını düşürür.

Tipik olarak, araçlar için lityum-iyon piller tam bir elektrokimyasal reaksiyon elde etmek için yavaşça şarj edilir. Bu reaksiyon, lityumun oksit katodundan çıkarılmasını ve grafit anot içine yerleştirilmesini içerir.

Argonne Seçkin Üyesi ve #Kimya Bilimleri ve Mühendisliği bölümündeki grup lideri Christopher Johnson, “Elektrotlara, daha yüksek akım akımından zarar vermeden, bu yük reaksiyonunu büyük ölçüde kısaltmak istedik” dedi.

Günümüzün lityum-iyon pilleri karanlık bir durumda, elektrotlar bir kutuya yerleştirilmiş olarak çalışıyor. Argonne'nin fotoğraf destekli teknolojisi, şarj sırasında akü elektrotlarını aydınlatmak için konsantre ışığa izin veren şeffaf bir kap kullanır .

Şarj sürecini araştırmak için, araştırma ekibi şeffaf kuvars pencereli küçük lityum iyon hücreleri ("bozuk para hücreleri") hazırladı. Daha sonra bu hücreleri, pencereden katod üzerinde parlayan beyaz bir ışıkla ve ışıksız test ettiler.

Johnson, “ Şarj sırasında beyaz ışığın tipik katod materyali ile olumlu etkileşime gireceğini ve hücre testlerimizde de geçerli olduğunu kanıtladık,” dedi. Bu katot materyali LiMn olarak kısaltılmı bir lityum manganez oksidi, 2 O 4 (LMO).

Bu olumlu reaksiyondaki anahtar bileşen, ışığın etkileşimle bilinen yarı iletken bir malzeme olan LMO ile etkileşimidir. Şarj sırasında fotonları ışıkta absorbe ederken, LMO'daki manganez elementi şarj durumunu üç değerden tetravalent'e (Mn 3+ ila Mn 4+ ) değiştirir. Buna karşılık, lityum iyonları katottan foton uyarma işlemi olmadan gerçekleşenden daha hızlı dışarı çıkarlar.

Bu durum akü reaksiyonunu daha hızlı tahrik eder. Ekip, daha hızlı reaksiyonun batarya performansını düşürmeden veya kullanım ömrünü düşürmeden daha hızlı şarj ile sonuçlandığını tespit etti. Johnson, “Hücre testlerimiz ışık açıkken şarj süresinde iki kat azalma gösterdi” dedi.

Araştırma ekibi bu çalışmayı Argonne liderliğindeki bir DOE #Enerji Sınır Araştırma Merkezi (EFRC) olan Elektrokimyasal Enerji Bilimi Merkezi'nin (CEES) bir parçası olarak gerçekleştirdi.

CEES Direktörü ve Kimya Bilimleri ve Mühendisliği bölümündeki kıdemli fizikçi Paul Fenter, "Bu araştırma, CEES'in lityum-iyon pillerde elektrot işlemlerini anlama hedefinin nasıl teknolojiyi etkileyen önemli gelişmeleri sağladığının harika bir örneğidir," dedi. “Bu, EFRC programının başarabileceği dönüşümsel etkilerin simgesidir.”

Johnson, “Bu bulgu, ışık ve batarya teknolojilerinin birleştirildiği türünün ilkidir ve bu kesişme, bataryalar için yenilikçi şarj konseptlerinin geleceği için iyiye işarettir” dedi.