Быстрый

Новое исследование показало, что стандартные аккумуляторы для электромобилей могут перезарядить большую часть своего заряда всего за 10 минут с добавлением внутрь тонкого листа никеля. Это может стать долгожданной и экономически привлекательной альтернативой дорогим электромобилям с массивными и очень дорогими аккумуляторными блоками.

Если бы были доступны варианты более быстрой зарядки, позволяющие существенно снизить цену на электромобиль, некоторые исследователи подозревают, что фобию потребителей относительно электромобилей и отраслевую догму против «беспокойства о запасе хода» можно было бы преодолеть.

Например, обычный электромобиль дальнего радиуса действия с аккумулятором на 120 киловатт-часов, для подзарядки которого требуется час, можно заменить электромобилем с аккумулятором на 60 кВт-ч, способным к быстрой 10-минутной зарядке, сохраняя при этом очень похожее время в пути во время поездки. дальние поездки.

«Литий-ионные аккумуляторы могут быть очень стабильными и безопасными при повышенных температурах благодаря простому подбору материалов, из которых изготовлены батареи, а повышенные температуры дают нам возможность быстрой зарядки», — Чао-Янг Ван, штат Пенсильвания.

В новом исследовании ученые экспериментировали с литий-ионной батареей, запас хода которой составляет около 560 километров при полной зарядке. (Плотность энергии аккумулятора составляла 265 ватт-часов на килограмм.) Добавив в его внутреннюю часть ультратонкую никелевую фольгу, они смогли зарядить его до 70 процентов за 11 минут на расстояние примерно 400 км и до 75 процентов за 12 минут. на расстояние около 440 км.

«Наша технология позволяет использовать аккумуляторы меньшего размера и с более быстрой зарядкой для массового внедрения доступных электромобилей», — говорит старший автор исследования Чао-Янг Ван, инженер по батареям из Университета штата Пенсильвания. «Когда мы расходуем 200 миль на одну зарядку, мы можем остановиться и пойти в туалет, а через 10 минут автомобиль заряжен и готов к поездке еще на 200 миль. Таким образом, таким образом можно не беспокоиться о запасе хода».

В 2016 году Ван и его коллеги добавили никелевую фольгу во внутреннюю часть литий-ионных аккумуляторов, чтобы нагреть их и помочь им лучше работать на морозе. В новом исследовании они аналогичным образом использовали никелевую фольгу для нагрева аккумуляторов электромобилей и повышения их производительности — эту стратегию они также реализовали в 2021 году для аккумуляторов для электрических летающих автомобилей.

«Обычные литий-ионные аккумуляторы разрабатываются для портативной электроники, поэтому ученые и разработчики очень боятся тепла», — говорит Ван. «Мы пошли против этого традиционного мышления».

Батареи работают лучше всего, когда они горячие, но не слишком горячие. Постоянное поддержание аккумуляторов при точно правильной температуре было серьезной проблемой для инженеров по производству аккумуляторов. По словам Вана, раньше для регулирования температуры аккумуляторов полагались на внешние, громоздкие системы отопления и охлаждения, которые реагируют медленно и тратят много энергии.

«Наша работа улучшает нынешнее состояние дел в три раза», — Чао-Янг Ван, штат Пенсильвания.

В новом исследовании ученые регулировали температуру батарей изнутри с помощью никелевой фольги. «Нам нужен был простой способ очень быстро нагреть аккумулятор до повышенной температуры — в течение минуты, поскольку быстрая зарядка длится всего 10 минут», — говорит Ван. «В нашей предыдущей работе над самонагревающимися батареями мы изобрели внутреннюю нагревательную фольгу».

В целом они обнаружили, что «литий-ионные батареи могут быть очень стабильными и безопасными при повышенных температурах при простой настройке материалов, из которых изготовлены батареи», — говорит Ван. Это позволило им «пользоваться дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что повышенные температуры дают нам возможность быстрой зарядки».

Аккумулятор прослужил более 900 циклов при заряде до 75 процентов на пробеге около 402 000 км и примерно 2 000 циклов при заряде до 70 процентов на пробеге около 804 000 км — или 500 000 миль. В целом, по их словам, эта производительность эквивалентна дальности действия в полмиллиона миль, в которой каждая зарядка является быстрой зарядкой.

Ученые отмечают, что их работа «сильно отличается от нынешних электромобилей, проезжающих 100 или 150 миль после 10 минут зарядки, потому что эти автомобили обычно имеют запас хода в 600 миль, поэтому заполнение энергии на 150 миль по сути равно зарядке на 25 процентов». ", - говорит Ван. «Наша работа улучшает нынешнее состояние дел в три раза».