Gyorsabb teszt a hibridek akkumulátoraihoz

Évekbe telhet annak meghatározása és ellenőrzése, hogy az új akkumulátor technológiák megfelelően tartósak-e egy hibrid vagy elektromos autó számára. Ez pedig azt is jelenti, hogy az olcsóbb és egyre nagyobb energia tárolására alkalmas telepek gyakran valamelyik laboratórium polcán vesztegelnek, arra várva, hogy tesztek során bizonyíthassák rátermettségüket.

A lítium-ion telepek tesztelése azonban egy új eljárásnak köszönhetően hetekre rövidülhet az eddigi néhány éves szükséglettel ellentétben – ezzel pedig a fejlesztéseket súlytó legfőbb akadály gördülhet el a kutatók útjából. A kísérleti akkumulátorok hatékonyságának meghatározására Jeff Dahn, a Dalhousie Egyetem fizika-kémia professzora előremutató módszert fejlesztett ki: képes megállapítani az elem ciklusidejét (a feltöltés és a lemerülés között eltelt idő), illetve az élettartamát, vagyis azt, hogy hányszor lehet feltölteni és kisütni úgy, hogy teljesítménybeli romlással még nem kell számolni.

A technológia az autógyártók figyelmét is felkeltette, akik próbálják hitelesíteni és alkalmazni is azt, különös tekintettel a ciklusidő meghatározására. A lényegesen szűkösebb forrásból gazdálkodó egyetemi kutatók számára is fontos lehet ez a vívmány, hiszen lehetőséget teremt valódi, kereskedelemben is értékesíthető megoldások és akkumulátor összetevők kifejlesztésre - az anyagokkal, alkotókkal kapcsolatos problémák már a fejlesztés korai szakaszában detektálhatóvá válnak, így lehetőség nyílik a különböző anyagkombinációk közül a legalkalmasabbak kiválasztására.

„Annyi minden tönkremehet egy akkumulátorban.” Dahn professzor eljárásának alapja az, hogy a legtöbb probléma egy egyszerű teszttel is kimutatható – a töltés során a telepbe jutó energia és a telepből kiáramló energia értéke közötti különbség meghatározásával. Ha kevesebb energia jön ki, mint amennyi bejutott, az elemben valamilyen nem kívánatos reakció miatt energia vész el. Ez hosszútávon az akku gyengüléséhez, majd használhatatlanná válásához vezet.

Dahn olyan töltő berendezést fejlesztett ki, mellyel a legkisebb veszteségek is kimutathatók, így pár hét alatt meghatározhatók azok az élettartamot csökkentő reakciók, melyek az eddig alkalmazott technológiákkal, teszteléssel töltött hónapok vagy évek elteltével sem lettek volna felderítve. Technikáját a professzor kémiai finomhangolásra használja, így véleménye szerint adott elem életciklusát - rövid tesztelési folyamattal is - akár a hatszorosára is növelheti.

A lítium-ion akkumulátorok esetében nem volt szükség kiemelten pontos mérési eljárások és eszközök kifejlesztésére akkor, amikor azokat javarészt csak bizonyos hordozható elektronikai termékekhez alkalmazták és maximális élettartamuk nem kellett, hogy meghaladja a 2-3 évet. De a mai akkumulátorokat elektromos járművek hajtására és napelemek által termelt energia tárolására használják, így legkevesebb 10, de inkább 15-20 vagy még több évre tervezik őket. Ilyen feltételek mellett pedig a legapróbb hiányosságok is hatalmas problémákat eredményezhetnek.

„Az akkumulátorgyártók számtalanféle komplex elektrolit koktél keverésével szeretnék növelni termékeik hatékonyságát, de egyetlen apró változtatás is komolyan befolyásolhatja az elem élettartamát. Az elektrolitok kb. 10 összetevőből állnak és a különböző adalékanyagokat is értékelni, tesztelni kell. Ez egy rémálom. A hagyományos mérési eljárásokkal nagyon nehéz megállapítani, hogy az eszközölt változtatás jó vagy rossz eredményt produkál-e hosszútávon – tesztek nélkül ez hosszabb ideig tart, mint egy kutató karrierje. Az általunk fejlesztett eljárással azonban csupán néhány hétbe telik és valamennyi kívánt eredmény a rendelkezésünkre áll.”

Mark Mathias, a General Motors elektrokémiai kutatólaboratóriumának vezetője szerint az eljárás nem minden aktuális kérdésre ad adekvát választ. „Ez egy kiváló diagnosztikai módszer. Egyetértek az alkalmazásával, de nem szabad megfeledkezni róla, hogy csak arra képes rávilágítani, baj van a cellában, de nem képes pontosan meghatározni, mi is az valójában.”

Mathias ugyanakkor arról sincs teljes mértékben meggyőződve, hogy az eljárással megbízhatóan meg lehet határozni az elem élettartamát. „Sajnos nem lehetünk biztosak abban, hogy egy pár hétbe tömörített 10 éves gyorsteszt a valódi értékeket szolgáltatja. Az csak 10 év után derül ki valójában.”

Dahn professzor szerint az általa fejlesztett eszköz jelenleg is képes 500-1000 töltési ciklusra vonatkozóan meghatározni, hogy egyes változtatások milyen következményeket generálnak, ez pedig elegendő egy elektromos autó majd teljes életciklusára. Jelenleg egy akkumulátorgyártó céggel együttműködve a 10 ezer ciklusos előrejelzés fejlesztésén fáradozik. 

Forrás: www.technologyreview.com

Varga Balázs