- Toyota News

24 listopada 2016
Nowe odkrycie Toyoty pozwoli zwiększyć zasięg samochodów
elektrycznych
Toyota opracowała pierwszą w świecie metodę obserwacji zachowania jonów
litu w elektrolicie. Przełomowa metoda pozwoli zwiększyć pojemność oraz
trwałość akumulatorów litowo-jonowych i konstruować samochody
wyposażone w silnik elektryczny o większym zasięgu.
Toyota Motor Corporation opracowała pierwszą w świecie metodę1 obserwacji
zachowania jonów litu w elektrolicie podczas ładowania i rozładowania
akumulatorów litowo-jonowych.
Technika ta umożliwia obserwowanie w czasie rzeczywistym procesu zmian
jonów litu, który jest jedną z przyczyn pogarszania się parametrów akumulatorów
litowo-jonowych. Toyota uważa, iż uzyskane w ten sposób informacje przyczynią
się do opracowania akumulatorów o lepszych parametrach eksploatacyjnych i
większej trwałości, co pozwoli zwiększyć zasięg samochodów hybrydowych typu
plug-in (PHV) i elektrycznych (EV).
Akumulatory litowo-jonowe wyposażone są w katodę z tlenku metalu, węglową
anodę i organiczny elektrolit. Podczas ładowania akumulatora jony litu
przemieszczają się w elektrolicie z katody do anody, a podczas rozładowywania z
anody do katody, co jest związane z przepływem prądu. W związku z tym
przemieszczanie się jonów litu odgrywa kluczową rolę podczas ładowania i
rozładowywania akumulatora.
Strona 1 z 4
Struktura i zasada działania samochodowego akumulatora litowo-jonowego
Od dawna wiadomo, że ładowaniu i rozładowywaniu akumulatora towarzyszy
proces zamian jonów litu w elektrodach i elektrolicie, która jest uważana za
czynnik ograniczający obszar zastosowania akumulatorów oraz zakres, w którym
uzyskiwane są ich maksymalne parametry. Jednak badanie procesu zmian jonów
litu, potwierdzające ich zachowanie w środowisku i warunkach takich, jakie
panują w akumulatorach, nie było możliwe przy użyciu dotychczasowych metod.
Sytuacja podczas rozładowywania
Nową metodę obserwacji opracowaną przez Toyotę wyróżniają dwie główne
cechy:
(1) Stanowisko Toyoty2 w zakładzie synchrotronu SPring-83 udostępnia
promieniowanie synchrotronowe o najwyższych w świecie parametrach, ok.
miliarda razy silniejsze od wytwarzanego przez aparaturę rentgenowską.
Umożliwia to uzyskiwanie rozdzielczości 0,65 mikrometra na piksel i czasu 100
milisekund na klatkę obrazu.
(2) Zamiast elektrolitu fosforowego, używanego w wielu akumulatorach litowojonowych, zastosowano nowy elektrolit z pierwiastkami ciężkimi, zastępując w
ten sposób jony zawierające fosfor, które wiążą lit podczas jego przemieszczania
się w elektrolicie, jonami zawierającymi pierwiastki ciężkie. Pierwiastki ciężkie
wysyłają mniej promieniowania niż fosfor, w związku z czym cienie na obrazach
po naświetleniu promieniowaniem są ciemniejsze. Obserwując zachowanie się
pierwiastków ciężkich, można obserwować proces zmian jonów litu, związanych
przez nie w elektrolicie.
Strona 2 z 4
Nowo opracowana technika obserwacji
Korzystając z opisanej powyżej techniki i ogniwa podobnego do używanych w
rzeczywistych produktach, np. ogniwa laminowanego, można obserwować w
czasie rzeczywistym proces zmian jonów litu, jaki zachodzi w elektrolitach
podczas ładowania i rozładowywania akumulatorów. Nowa metoda obserwacji
została opracowana we współpracy Toyota Central R&D Labs, Inc., Nippon
Soken, Inc. oraz czterech uniwersytetów4.
Proces zmian jonów litu w elektrolicie podczas rozładowywania akumulatora
Kontynuując badania, Toyota będzie obserwować zachowanie jonów litu w
zależności od zastosowania katod, anod i separatorów o różnej strukturze i
wykonanych z różnych materiałów, a także różnych elektrolitów i różnych
sposobów sterowania pracą akumulatorów. Analiza mechanizmów powodujących
pogarszanie się parametrów akumulatorów pozwoli zwiększyć pojemność oraz
trwałość akumulatorów litowo-jonowych i tworzyć samochody elektryczne o
większym zasięgu.
„Techniques for observing laminated cells by using high-intensity X-rays and
incorporating heavy elements into an electrolyte” (Toyota Motor Corporation, sierpień
2016).
1
Strona 3 z 4
2
Zainstalowane jako specjalne stanowisko badawcze przez Toyota Central R&D Labs,
Inc. we współpracy z Institute of Physical and Chemical Research (RIKEN) oraz Japan
Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI).
3
Ośrodek badawczo-doświadczalny z synchrotronem o najwyższych w świecie
parametrach promieniowania, należący do RIKEN i prowadzony przez Japan
Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI). SPring-8 to skrót od Super Photon
ring-8 GeV.
4
Uniwersytet Hokkaido, Uniwersytet Tohoku, Uniwersytet Kyoto i Uniwersytet
Ritsumeikan.
Strona 4 z 4