Tesla sfinalizowała zakup Maxwella, producenta superkondensatorów. Powszechnie uważa się, że Elon Musk zdecyduje się na hybrydowe układy przechowywania energii (bateria+superkondensator), ale pojawiają się głosy, że Maxwell może dać Tesli coś innego: nowy proces technologiczny. Dzięki niemu baterie osiągną wyższe pojemności przy tej samej masie.

Baterie a superkondensatory, czyli co może zyskać firma Muska

Przypomnijmy: Maxwell jest producentem superkondensatorów, czyli układów, które mogą błyskawicznie przyjąć i oddać bardzo dużą ilość energii. Superkondensatory w pewnych dziedzinach mają przewagę nad bateriami, ale ich wadą jest niższa gęstość przechowywanej energii oraz szybsze gubienie ładunku.

> Superkondensator zamiast/obok baterii? Obietnice robią wrażenie

Zestaw superkondensatorów może posłużyć w samochodzie elektrycznym jako mechanizm „turbodoładowania”. Nie zastąpi jednak baterii, ponieważ zgromadzona w nim energia pozwoli na przejechanie co najwyżej kilku kilometrów. Dość popularny trop mówił, że Tesla wykorzysta superkondensatory Maxwella, żeby szybko ładować samochody dużymi ładunkami: superkondensator otrzymywałby strzał energii, którą później powoli oddawałby baterii.

Analitycy sugerują, że może chodzić o coś zupełnie innego: o nowatorski proces wytwarzania elektrod, który Tesla mogłaby zastosować w swoich ogniwach.

> Lamborghini Terzo Millennio – samochód elektryczny z superkondensatorami

Zmarnowany lit, czyli jak pracuje bateria

Zacznijmy od początku: w klasycznym ogniwie litowo-jonowym proces ładowania polega na wędrówce jonów litu z jednej elektrody do drugiej. Część jonów litu zostaje wtedy na zawsze uwięziona w warstwie pasywacyjnej (zestalonej warstwie elektrolitu, ang. solid electrolyte interphase, SEI), która oblepia anodę.

Jako że o pojemności ogniwa/baterii decyduje liczba dyspozycyjnych jonów litu – czyli tych, które mogą przewędrować między elektrodami – te złapane w warstwie SEI z punktu widzenia pojemności są zmarnowane. Wozimy je, ale nie korzystamy z ładunku, które mogłyby przenieść.

Proces formowania warstwy SEI dobrze widać na wykresach pojemności baterii litowo-jonowych zebranych choćby przez właścicieli Tesli. Odpowiada on za gwałtowny spadek pojemności ogniw na początku, potem z czasem się stabilizuje:

Pytanie: czy nie można by „obstukać” elektrody, żeby przywrócić układowi dodatkowe atomy litu i zwiększyć w ten sposób pojemność ogniwa? Problem w tym, że warstwa SEI jest potrzebna – stabilizujący elektrolit chroni węgiel z anody przed gwałtowną reakcją z atomami litu. I pisząc „gwałtowna reakcja” mamy na myśli wszystko z gwałtownym pożarem włącznie.

To może stworzyć tę warstwę ochronną wcześniej?

Jak już wspomnieliśmy, warstwa SEI na anodzie jest niezbędna do poprawnego (bezpiecznego!) funkcjonowania ogniwa. Wcześniejsze jej przygotowanie jest doskonałym pomysłem, lecz tu pojawia się kolejny problem: atomy litu i elektrolity ogniw litowo-jonowych gwałtownie reagują z substancjami stosowanymi w procesie przygotowywania elektrod.

Czyli znowu: duża ilość ciepła aż do pożaru włącznie.

Rozwiązanie Maxwella

Maxwell znalazł rozwiązanie problemu. Cały proces przygotowywania elektrod przebiega na sucho z wykorzystaniem teflonu. Nie ma reaktywnych substancji chemicznych, więc ogniwa zawczasu można pokryć warstwą ochronną (SEI).

Lit znajdujący się na katodzie nie zostanie związany, w związku z czym ta sama ilość pierwiastka wykorzystana do produkcji ogniwa pozwoli na zgromadzenie większego ładunku (nie marnujemy go na SEI!).

> Pijany zasnął w Tesli. Samochód prowadził Autopilot

Efektów jest kilka: proces Maxwella jest tańszy i bardziej przyjazny środowisku. Pozwala na zaoszczędzenie litu. Bateria nie będzie gwałtownie traciła pojemności na początku. W tej samej obudowie, przy wykorzystaniu tej samej ilości litu, Tesla będzie mogła wyprodukować baterię o większej pojemności.

Albo obniży ilość litu, by wyprodukować akumulator o tej samej pojemności, ale niższej masie (źródło).

Zdjęcie otwierające: ogniwo 18650 Tesli (c) Aries RC / YouTube

To może Cię zainteresować
Ocena ogólna
Ocena Czytelników
[Suma: 3 głosów Średnia: 5]