När det är kallt på vintern, bilar tenderar att ha startproblem. Det här är inte mycket bättre med elbilar, som oundvikligen förlorar kapaciteten på sina uppladdningsbara litiumjonbatterier vid minusgrader. Nu, Kinesiska forskare har erbjudit en strategi för att undvika störtande batterikinetik. I en studie publicerad i tidskriften Angewandte Chemie , de designade ett batterisystem med en kall anod av hård kol och en kraftfull litiumrik katod, med det viktiga initiala lithieringssteget integrerat.

"Icke-grafitiserbart" eller "hårt" kol är ett lovande, lågkostnadsanodmaterial inom batteriteknik. Även vid låga temperaturer, den uppvisar snabb interkalationskinetik för litiumjoner. Under laddning/urladdning av en battericell, litiumjoner migrerar från katoden genom en elektrolyt till anoden och vice versa. Om det anodiska materialet, som ofta är grafit, innehåller förlagrat litium, volymförändringen av de inkommande litiumjonerna jämnas ut för att säkerställa en längre celllivslängd och snabbare laddnings-/urladdningskinetik. Förlithierat hårt kol har bevisats som ett robust material i litiumjonkondensatorer. Dock, förberedelseprocessen, som involverar en ren litiumelektrod, är komplicerat och dyrt. Alternativa prelithieringsstrategier gynnas därför av Yonggang Wang och hans team vid Fudan University, Shanghai, Kina.

Istället för den extra litiumelektroden, de introducerade en litiumrik vanadinfosfatelektrod både för litiumbehandling och normal batteridrift. Katoden förlorar en del av sina litiumjoner till anoden i den första laddningsprocessen där de interkaleras och lagras. Sedan, forskarna kombinerade den litiumreducerade vanadinfosfatkatoden och den förlitierade hårdkolanoden (LixC) för att bilda ett fungerande litiumjonbatterisystem. Denna fullcell "behåller egenskaperna med hög energitäthet hos konventionella litiumjonbatterier och uppvisar superkondensatorliknande hög effekt och lång livslängd, " förklarade forskarna. Dessutom, den behåller ungefär två tredjedelar av sin kapacitet vid temperaturer så låga som minus 40 grader Celsius. Konventionella litiumjonbatterier behåller endast 10 procent. "Denna prestation härrör från den inneboende lågtemperaturförmågan hos vanadinfosfatkatoden och den snabba kinetiken hos den förlitierade hårdkolanoden, ", sa författarna. Många ytterligare tester visade att dessa batterier uppfyllde de andra parametrarna för elektrokemiska celler.

Ett fel, fortfarande, är elektrolyten som förlorar ledningsförmåga under extremt kalla förhållanden. Om denna punkt är löst, detta system kan ge en attraktiv design för bästa prestanda, vintertåliga elbilsmotorer.