Ný tegund afrafhlaða fyrir rafknúin ökutækigeta lifað lengur í miklum hita og kulda, samkvæmt nýlegri rannsókn.

Vísindamenn segja að rafhlöðurnar myndu gera rafknúnum ökutækjum kleift að ferðast lengra á einni hleðslu í köldu loftslagi – og þær yrðu síður viðkvæmar fyrir ofhitnun í heitu loftslagi.

Þetta myndi leiða til sjaldgæfari hleðslu fyrir rafknúin ökutæki sem og gefarafhlöðurlengri líf.

Bandaríska rannsóknarteymið bjó til nýtt efni sem er efnafræðilega betur þolið gegn miklum hita og því að vera bætt við orkuríkar litíumrafhlöður.

„Það þarf að nota háan hita á svæðum þar sem umhverfishitastigið getur náð þreföldum tölustöfum og vegirnir hitna enn frekar,“ sagði Zheng Chen, prófessor við Háskólann í Kaliforníu í San Diego, aðalhöfundur rannsóknarinnar.

„Í rafknúnum ökutækjum eru rafhlöðupakkarnir yfirleitt undir gólfinu, nálægt þessum heitu götum. Einnig hitna rafhlöður bara við að fá straum í gegnum sig á meðan þær eru í notkun.“

„Ef rafhlöðurnar þola ekki þessa upphitun við háan hita, mun afköst þeirra fljótt versna.“

Í grein sem birtist á mánudag í tímaritinu Proceedings of the National Academy of Sciences lýsa vísindamennirnir því hvernig rafhlöðurnar í prófunum héldu 87,5 prósentum og 115,9 prósentum af orkugetu sinni við –40 Celsíus (–104 Fahrenheit) og 50 Celsíus (122 Fahrenheit), talið í sömu röð.

Þær höfðu einnig mikla Coulomb-nýtni upp á 98,2 prósent og 98,7 prósent í sömu röð, sem þýðir að rafhlöðurnar geta farið í gegnum fleiri hleðslulotur áður en þær hætta að virka.

Þetta er vegna raflausnar sem er úr litíumsalti og díbútýleter, litlausum vökva sem notaður er í sumum framleiðsluvörum eins og lyfjaframleiðslu og skordýraeiturs.

Díbútýleter hjálpar því sameindir þess eiga ekki auðvelt með að tengjast litíumjónum þegar rafhlaðan gengur og bætir afköst sín við frost.

Auk þess þolir díbútýleter auðveldlega hitann við suðumarkið 141 Celsíus (285,8 Fahrenheit), sem þýðir að það helst fljótandi við hátt hitastig.

Það sem gerir þessa rafvökva svo sérstaka er að hægt er að nota hana með litíum-brennisteinsrafhlöðu, sem er endurhlaðanleg og hefur anóðu úr litíum og katóðu úr brennisteini.

Anóður og katóður eru þeir hlutar rafhlöðunnar sem rafstraumurinn fer í gegnum.

Litíum-brennisteinsrafhlöður eru mikilvægt næsta skref í rafhlöðum fyrir rafbíla því þær geta geymt allt að tvöfalt meiri orku á hvert kílógramm en núverandi litíum-jón rafhlöður.

Þetta gæti tvöfaldað drægni rafbíla án þess að auka þyngd þeirra.rafhlaðapakka og halda kostnaði niðri.

Brennisteinn er einnig algengari og veldur minni þjáningum fyrir umhverfið og mannkynið en kóbalt, sem er notað í hefðbundnum katóðum litíumjónarafhlöðu.

Venjulega eru vandamál með litíum-brennisteinsrafhlöður - brennisteinskatóður eru svo hvarfgjarnar að þær leysast upp þegar rafhlaðan er í gangi og þetta versnar við hærra hitastig.

Og litíummálmanóður geta myndað nálarlaga strúktúra sem kallast dendrítar sem geta stungið í gegnum hluta rafhlöðunnar og valdið skammhlaupi.

Þess vegna endast þessar rafhlöður aðeins í allt að tugi hringrása.

Díbútýleter raflausnin sem teymið við UC-San Diego þróaði lagar þessi vandamál, jafnvel við mikinn hita.

Rafhlöðurnar sem þeir prófuðu höfðu mun lengri líftíma en dæmigerðar litíum-brennisteinsrafhlöður.

„Ef þú vilt rafhlöðu með mikla orkuþéttleika þarftu venjulega að nota mjög harða og flókna efnafræði,“ sagði Chen.

„Mikil orka þýðir að fleiri efnahvörf eiga sér stað, sem þýðir minni stöðugleika og meiri niðurbrot.“

„Að búa til orkuríka rafhlöðu sem er stöðug er erfitt verkefni í sjálfu sér – að reyna að gera þetta yfir breitt hitastigsbil er enn krefjandi.“

„Rafvökvi okkar hjálpar til við að bæta bæði katóðuhliðina og anóðuhliðina og veitir jafnframt mikla leiðni og stöðugleika á millifleti.“

Teymið hannaði einnig brennisteinskatóðuna til að gera hana stöðugri með því að græða hana á fjölliðu. Þetta kemur í veg fyrir að meiri brennisteinn leysist upp í rafvökvanum.

Næstu skref fela í sér að stækka efnasamsetningu rafhlöðunnar þannig að hún starfi við enn hærra hitastig og muni lengja líftíma hennar enn frekar.