ชนิดใหม่ของแบตเตอรี่สำหรับยานพาหนะไฟฟ้าจากการศึกษาล่าสุดพบว่าสามารถอยู่รอดได้นานกว่าในอุณหภูมิที่ร้อนจัดและเย็นจัด

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าแบตเตอรี่จะช่วยให้รถยนต์ไฟฟ้าสามารถเดินทางได้ไกลขึ้นด้วยการชาร์จเพียงครั้งเดียวในอุณหภูมิที่เย็น และแบตเตอรี่ดังกล่าวจะมีโอกาสน้อยที่จะเกิดความร้อนสูงเกินไปในสภาพอากาศร้อน

ซึ่งจะส่งผลให้การชาร์จไดรเวอร์ EV น้อยลงและยังช่วยให้แบตเตอรี่ชีวิตที่ยืนยาวขึ้น

ทีมวิจัยชาวอเมริกันได้สร้างสารใหม่ที่มีความทนทานต่ออุณหภูมิที่สูงมากทางเคมีมากขึ้น และนำไปเติมลงในแบตเตอรี่ลิเธียมพลังงานสูง

“คุณต้องใช้งานที่อุณหภูมิสูงในพื้นที่ที่อุณหภูมิโดยรอบสามารถสูงถึงสามหลัก และถนนก็ร้อนขึ้นอีก” ศาสตราจารย์เจิ้ง เฉิน ผู้เขียนอาวุโสแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก กล่าว

“ในยานพาหนะไฟฟ้า โดยทั่วไปชุดแบตเตอรี่จะอยู่ใต้พื้นใกล้กับถนนที่ร้อนจัดเหล่านี้นอกจากนี้ แบตเตอรี่จะอุ่นขึ้นเพียงเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านระหว่างการทำงาน

“หากแบตเตอรี่ไม่สามารถทนต่อการอุ่นเครื่องที่อุณหภูมิสูงได้ ประสิทธิภาพจะลดลงอย่างรวดเร็ว”

ในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อวันจันทร์ในวารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences นักวิจัยได้อธิบายถึงวิธีการทดสอบว่าแบตเตอรี่สามารถรักษาระดับพลังงานได้ 87.5 เปอร์เซ็นต์ และ 115.9 เปอร์เซ็นต์ของความจุพลังงานไว้ที่ –40 องศาเซลเซียส (-104 องศาฟาเรนไฮต์) และ 50 องศาเซลเซียส (122 องศาฟาเรนไฮต์) ) ตามลำดับ

อีกทั้งยังมีประสิทธิภาพคูลอมบิกสูงถึง 98.2 เปอร์เซ็นต์ และ 98.7 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่สามารถผ่านรอบการชาร์จได้มากขึ้นก่อนที่จะหยุดทำงาน

นี่เป็นเพราะอิเล็กโทรไลต์ซึ่งทำจากเกลือลิเธียมและไดบิวทิลอีเทอร์ ซึ่งเป็นของเหลวไม่มีสีที่ใช้ในการผลิตบางอย่าง เช่น ยารักษาโรคและยาฆ่าแมลง

ไดบิวทิลอีเทอร์ช่วยได้เนื่องจากโมเลกุลของมันไม่เล่นกับลิเธียมไอออนได้ง่ายในขณะที่แบตเตอรี่ทำงานและปรับปรุงประสิทธิภาพในอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์

นอกจากนี้ dibutyl ether ยังสามารถทนความร้อนที่จุดเดือดที่ 141 องศาเซลเซียส (285.8 องศาฟาเรนไฮต์) ได้อย่างง่ายดาย หมายความว่ามันยังคงเป็นของเหลวที่อุณหภูมิสูง

สิ่งที่ทำให้อิเล็กโทรไลต์นี้พิเศษมากคือสามารถใช้กับแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ ซึ่งสามารถชาร์จใหม่ได้และมีขั้วบวกที่ทำจากลิเธียมและแคโทดที่ทำจากกำมะถัน

แอโนดและแคโทดเป็นส่วนหนึ่งของแบตเตอรี่ที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์เป็นก้าวต่อไปที่สำคัญของแบตเตอรี่ EV เนื่องจากสามารถกักเก็บพลังงานได้มากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบันถึงสองเท่า

สิ่งนี้สามารถเพิ่มช่วงของ EV เป็นสองเท่าโดยไม่ต้องเพิ่มน้ำหนักของแบตเตอรี่แพ็คในขณะที่ลดต้นทุน

ซัลเฟอร์ยังอุดมสมบูรณ์กว่าและก่อให้เกิดความทุกข์ทรมานต่อสิ่งแวดล้อมและมนุษย์น้อยกว่าโคบอลต์ซึ่งใช้ในแคโทดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิม

โดยทั่วไป มีปัญหากับแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ - แคโทดซัลเฟอร์มีปฏิกิริยามากจนละลายเมื่อแบตเตอรี่ทำงาน และจะแย่ลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น

และแอโนดโลหะลิเธียมสามารถสร้างโครงสร้างคล้ายเข็มที่เรียกว่าเดนไดรต์ซึ่งสามารถเจาะส่วนของแบตเตอรี่ได้เนื่องจากการลัดวงจร

เป็นผลให้แบตเตอรี่เหล่านี้มีอายุการใช้งานสูงสุดเพียงสิบรอบเท่านั้น

อิเล็กโทรไลต์อีเทอร์ไดบิวทิลที่พัฒนาโดยทีมงาน UC-San Diego สามารถแก้ไขปัญหาเหล่านี้ได้ แม้ในอุณหภูมิที่สูงมาก

แบตเตอรี่ที่พวกเขาทดสอบมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมซัลเฟอร์ทั่วไป

“หากคุณต้องการแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง โดยทั่วไปคุณจะต้องใช้สารเคมีที่ซับซ้อนและรุนแรงมาก” เฉินกล่าว

“พลังงานที่สูงหมายถึงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นมากขึ้น ซึ่งหมายถึงความเสถียรน้อยลง การย่อยสลายมากขึ้น

“การสร้างแบตเตอรี่พลังงานสูงที่มีความเสถียรนั้นเป็นงานที่ยาก การพยายามทำสิ่งนี้ผ่านช่วงอุณหภูมิที่กว้างนั้นยิ่งท้าทายยิ่งขึ้น

“อิเล็กโทรไลต์ของเราช่วยปรับปรุงทั้งด้านแคโทดและด้านแอโนด ในขณะเดียวกันก็ให้ค่าการนำไฟฟ้าสูงและความเสถียรของพื้นผิว”

ทีมงานยังได้ออกแบบแคโทดกำมะถันให้มีความเสถียรมากขึ้นโดยการต่อเข้ากับพอลิเมอร์เพื่อป้องกันไม่ให้ซัลเฟอร์ละลายเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์มากขึ้น

ขั้นตอนต่อไป ได้แก่ การขยายขนาดเคมีของแบตเตอรี่เพื่อให้ทำงานที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นไปอีก และจะยืดอายุการใช้งานของวงจรให้นานขึ้นอีกด้วย