Ученые разработали новый способ зарядки литий-ионных аккумуляторов, который позволяет заряжать их на невероятной скорости. Батареи заряжаются при повышенной температуре, что позволяет увеличить скорость химической реакции. Но при этом они остаются холодными, когда отдают энергию. С новой технологией электромобиль может всего за 10 минут получить объем энергии, которого ему хватит на 200 миль (около 320 километров) пути. По сути, эта разработка решает главную проблему всего электрического транспорта - слишком долгую зарядку батарей. Исследователи Университета Пенсильвании представили свою работу 30 октября в журнале Joul.
Ученые давно признавали необходимость разработки аккумуляторов, способных заряжаться быстро, чтобы удовлетворить потребности водителей. Увы, такая зарядка потребовала бы от батареи способности быстро потребить 400 киловатт энергии. Современные транспортные средства не могут достичь такой скорости, поскольку она приводит к образованию металлического литиевого налета на аноде батареи. Проще говоря, после нескольких таких зарядок традиционный аккумулятор полностью выходит из строя.
Обычные литиевые батареи заряжаются и разряжаются при примерно одинаковой температуре. Тем не менее, исследователи обнаружили, что проблему с образованием налета лития можно обойти, если в течение нескольких минут заряжать батарею при температуре не менее 60 градусов Цельсия.
“Помимо быстрой зарядки, эта технология позволяет ограничить время, в течение которого батарея подвергается повышенной температуре. Это позволяет значительно продлить срок ее жизни”, - говорит ведущий автор исследования Чао-Ян Вон, инженер-механик из Университета Пенсильвании. По его словам, любой аккумулятор греется во время зарядки. Но лучше быстро разогреть батарею до высокой температуры, чем медленно прогревать ее на более низкой. Во втором случае деградация аккумулятора будет происходить намного быстрее.
Чтобы сократить время нагрева и при этом прогреть батарею равномерно, Вон и его коллеги оборудовали литий-ионную батарею конструкцией из никеля, которая разогревается менее чем за тридцать секунд.
В ходе испытаний ученые заряжали большим током три электромобильных аккумулятора при температурах 40, 49 и 60 градусов Цельсия. Четвертый аккумулятор был контрольным. Он также заряжался большим током, но при комнатной температуре в 20 градусов Цельсия. После тестов ученые вскрыли все четыре аккумулятора и изучили их внутренности.
Как выяснилось, батареи, предварительно прогретые до 60 градусов Цельсия, могут поддерживать чрезвычайно быстрый процесс зарядки в течение 1700 циклов, в то время как контрольный аккумулятор пережил всего 60 зарядок в таком режиме. Пока температура удерживается в диапазоне от 49 до 60 градусов Цельсия, литиевый налет в аккумуляторе не выпадает.
“В прошлом повсеместно считалось, что литий-ионные батареи должны избегать работы при высоких температурах. Ученые были обеспокоены возможными ускоренными побочными реакциями. Наше исследование показывает, что повышение температуры на ограниченное время может оказать позитивный эффект, который значительно перевешивает негативное воздействие”, - говорит Вон.
Исследователи отмечают, что технология легко поддается масштабированию. То есть, ее можно применять как в маленькой электронике, так и в больших транспортных средствах. Очевидно, что для электромобилей она окажется наиболее полезной. Ведь с ее помощью электрическая машина сможет заряжаться не намного дольше, чем заправляется обычный бензиновый автомобиль.
Если хотите получать новости через мессенджер, подписывайтесь на новый Telegram-канал iGate
