Als het 's winters koud is, auto's hebben vaak startproblemen. Dit is niet veel beter met elektrische auto's, die onvermijdelijk de capaciteit van hun oplaadbare lithium-ionbatterijen verliezen bij vriestemperaturen. Nutsvoorzieningen, Chinese wetenschappers hebben een strategie voorgesteld om de batterijkinetiek te vermijden. In een studie gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie , ze ontwierpen een batterijsysteem met een koudebestendige hard-koolstofanode en een krachtige lithiumrijke kathode, met de belangrijke initiële lithiation-stap geïntegreerd.

"Niet-grafitiseerbare" of "harde" koolstof is een veelbelovende, goedkoop anodemateriaal in batterijtechnologie. Zelfs bij lage temperaturen, het vertoont een snelle intercalatiekinetiek van lithiumionen. Tijdens het laden/ontladen van een batterijcel, lithiumionen migreren van de kathode door een elektrolyt naar de anode en vice versa. Als het anodische materiaal, dat is vaak grafiet, bevat vooraf opgeslagen lithium, de volumeverandering door de binnenkomende lithiumionen wordt geëgaliseerd om een ​​langere levensduur van de cel en een snellere laad-/ontlaadkinetiek te garanderen. Voorgelithieerde harde koolstof is bewezen als een robuust materiaal in lithium-ioncondensatoren. Echter, het prelithiatieproces, waarbij sprake is van een zuivere lithiumelektrode, is ingewikkeld en duur. Alternatieve prelithiatiestrategieën hebben daarom de voorkeur van Yonggang Wang en zijn team aan de Fudan University, Sjanghai, China.

In plaats van de extra lithiumelektrode, ze introduceerden een lithiumrijke vanadiumfosfaatelektrode, zowel voor lithiëring als voor normaal gebruik op batterijen. De kathode verliest een deel van zijn lithiumionen aan de anode tijdens het eerste laadproces, waar ze worden geïntercaleerd en opgeslagen. Vervolgens, de wetenschappers combineerden de lithium-gereduceerde vanadiumfosfaatkathode en de prelithiated hard-carbon anode (LixC) om een ​​werkend lithium-ionbatterijsysteem te vormen. Deze volledige cel "behoudt de hoge energiedichtheidskenmerken van conventionele lithium-ionbatterijen en vertoont het supercondensatorachtige hoge vermogen en de lange levensduur, " legden de wetenschappers uit. Bovendien, het behoudt ongeveer tweederde van zijn capaciteit bij temperaturen tot min 40 graden Celsius. Conventionele lithium-ionbatterijen behouden slechts 10 procent. "Deze prestatie komt voort uit het inherente lage-temperatuurvermogen van de vanadiumfosfaatkathode en de snelle kinetiek van de prelithische anode van hard koolstof, " zeiden de auteurs. Veel verdere tests toonden aan dat deze batterijen voldeden aan de andere parameters van elektrochemische cellen.

Een mankement, nog altijd, is de elektrolyt die onder extreem koude omstandigheden zijn geleiding verliest. Als dit punt is opgelost, dit systeem kan een aantrekkelijk ontwerp bieden voor de beste prestaties, winterbestendige elektrische automotoren.