Letenje može biti izvor stresa — posebno za litij-ionske baterije koje napajaju dronove. Prevelik napor na ovim ćelijama može prouzročiti oštećenja i smanjiti ukupni vijek trajanja uređaja. Istraživanje objavljeno u časopisu ACS Energy Letters istražuje mogućnosti poboljšanja baterija u električnim zračnim vozilima koja polijeću i slijeću vertikalno. Tim je razvio novi elektrolit kako bi se suočio s ovim izazovima, naglašavajući da bi "preopterećene" baterije mogle naći primjenu i u manje zahtjevnim uvjetima.

Litij-ionske baterije (LiBs) postale su iznimno popularne zahvaljujući svojoj sposobnosti da pohrane veliku količinu energije u relativno malom i laganoj jedinici. Ipak, nisu savršene, posebice kada je potrebno brzo iskoristiti veliku količinu energije iz ćelije. Na primjer, dronovi tijekom polijetanja izlažu svoje baterije visokom naporu. Iako hobi dronovi tradicionalno koriste litij-ionske polimer baterije umjesto LiBs, visoka energetska gustoća potonjih bolje odgovara za dronove većih kapaciteta, poput onih koji dostavljaju teret na udaljene lokacije. Ilias Belharouak, Marm Dixit i kolege istražili su kako visoki naponi, poput onih tijekom polijetanja, utječu na stabilnost LiB-a.

Istraživači su proizveli skup ćelija LiB-a koje sadrže posebno dizajnirani elektrolit brzog punjenja i pražnjenja. Zatim su ispraznili ćelije 15 puta više od optimalnog kapaciteta baterije, ukupne količine energije koju je mogla pohraniti, tijekom 45 sekundi. Taj proces simulirao je brzo i visoko pražnjenje potrebno tijekom vertikalnog polijetanja. Nakon početnog impulsa pražnjenja, ćelije su dodatno pražnjene pri normalnijoj stopi pražnjenja, a zatim ponovno napunjene. Tim je otkrio da nijedna od testiranih ćelija nije trajala više od 100 ciklusa pod ovim uvjetima visokog stresa, pri čemu je većina počela pokazivati smanjenu učinkovitost oko 85. ciklusa.

Nakon što su bili "preopterećeni", istraživači su ćelije LiB-a izložili normalnijem, nižem naponu. U tom su eksperimentu primijetili da su ćelije djelomično zadržale svoje kapacitete pod uvjetima niske stope, ali su brzo propadale kada su ponovno bile izložene brzom ispuštanju struje. Ovi rezultati ukazuju na to da litij-ionske baterije, koje se obično koriste u dronovima, možda nemaju potrebne karakteristike za dugotrajnu upotrebu pod visokim stresom, ali bi se mogle povući i zadovoljiti tipičnije zahtjeve za energijom u drugim primjenama, poput rezervnih baterija za napajanje i skladištenje energije u energetskoj mreži. Istraživači ističu potrebu za razvojem alternativnih tehnologija baterija koje su bolje prilagođene za vertikalno polijetanje i druge primjene s visokim zahtjevima za energijom.

Autori zahvaljuju na financiranju iz U.S. Army Combat Capabilities Development Command (DEVCOM) Army Research Laboratory. Istraživanje je provedeno u Oak Ridge National Laboratory, laboratoriju američkog Ministarstva energetike.

Izvor: American Chemical Society