Европейски учени, с финансиране от ЕС, разработват технология, която позволява на батериите за електрически автомобили бързо да откриват повреди и да се самовъзстановяват. Целта е създаването на по-издръжливи и ефективни батерии, които да ускорят масовия преход към електрически транспорт.
Продажбите на електрически автомобили в Европа бележат сериозен ръст, като през февруари са се увеличили с 20% спрямо същия месец на предходната година. Те са ключови за преминаването на транспорта към електричество и за намаляването на въглеродните емисии, но технологията на батериите остава едно от основните предизвикателства.
Повечето електромобили разчитат на литиево-йонни батерии, съдържащи десетки килограми ценни метали като литий, никел и мед. Очакваният им живот е над десетилетие, съизмерим с този на самия автомобил. За да отговори на това предизвикателство, изследователски екип се обедини в инициативата PHOENIX, финансирана от ЕС, с амбицията да разработи самолекуващи се батерии.
Йоханес Циглер, учен по материалознание в германския институт „Фраунхофер“, обясни, че целта е да се увеличи животът на батерията и да се намали въглеродният ѝ отпечатък. Според него, тъй като една и съща батерия ще може да се ремонтира сама, в дългосрочен план ще са необходими по-малко ресурси. Залогът е голям, тъй като законодателството на ЕС изисква всички нови леки автомобили и ванове, продавани от 2035 г. нататък, да бъдат с нулеви емисии.
Как работи технологията?
Всеки собственик на смартфон познава проблема с батериите, чийто капацитет рязко спада след няколко години употреба. Същото се случва и с електромобилите, но в много по-голям мащаб, тъй като компонентите на батерията се износват с всеки цикъл на зареждане и разреждане.
Екипът на PHOENIX, който включва учени от Белгия, Германия, Италия, Испания и Швейцария, разработва сензори, които да засичат промените в литиево-йонната батерия с течение на времето. Тези сензори ще задействат процеса на самовъзстановяване, когато е необходимо, с цел удвояване на живота на батериите.
Днешните системи за управление на батерията (BMS) следят напрежението и температурата, за да предотвратят прегряване. Ив Щауфер, инженер в Швейцарския център за електроника и микротехнологии (CSEM), заяви, че следените досега параметри са много ограничени. Екипът на PHOENIX възнамерява да надгради тази основа с усъвършенствани сензори, които ще следят за разширяване на батерията, ще създават топлинни карти и ще засичат наличието на опасни газове като водород или въглероден оксид.
Когато системата прецени, че е нужен „ремонт“, тя активира лечебния процес. Това може да включва механично притискане на батерията за възвръщане на формата ѝ или прилагане на целенасочена топлина за задействане на химически процеси на възстановяване. Друг подход използва магнитни полета за разрушаване на т.нар. дендрити – разклонени метални образувания по електродите, които могат да причинят късо съединение.
Отвъд дълголетието: по-голям пробег и по-малки батерии
Изследователите от PHOENIX се стремят също да увеличат пробега на електромобилите и да намалят размера на батериите им. Лиу Суфу, химик в CSEM, сподели, че екипът разработва батерии от следващо поколение с по-висока енергийна плътност. Това означава, че електромобилът ще се нуждае от по-малка и по-лека батерия, което ще му позволи да изминава по-голямо разстояние с едно зареждане.
Една от стратегиите е замяната на графита в анода със силиций. Тази технология все още не е масово разпространена, тъй като силицият е по-нестабилен и обемът му може да нарасне с до 300% по време на зареждане и разреждане. Батерия със силициеви компоненти би трябвало да може да устои на тези драстични промени или да се самовъзстановява.
Предизвикателства и бъдещи стъпки
Планира се през март 2025 г. да бъде разработена нова партида прототипи на сензори и задействащи механизми, които да бъдат изпратени на партньорите за тестване. Въпреки това, добавянето на множество сензори оскъпява производството. Поради тази причина екипът се фокусира върху технологиите, които носят достатъчно ползи, за да оправдаят по-високата цена на електромобилите.
Който и подход да надделее, той ще позволи на бъдещите електромобили да имат по-дълъг живот и по-голям пробег, с по-безопасни, по-компактни и по-икономични откъм ресурси батерии. Удължаването на живота на батериите ще намали и въглеродния отпечатък на електромобилите, което е от полза както за потребителите, така и за околната среда.
Циглер коментира, че е вълнуващо да се работи по удължаването на живота на батериите за електромобили. Той добави, че ключът към успеха е в сглобяването на отделните елементи в едно работещо цяло.
електрически автомобили, литиево-йонни батерии, самолекуващи се батерии
