Ученые разрабатывают новую технологию, которая заряжает электромобильные батареи всего за 10 минут
Прорыв в дизайне позволил обеспечить 10-минутное время зарядки обычного аккумулятора электромобиля. 12 октября в журнале Nature была опубликована статья, в которой подробно описывается рекордное сочетание более короткого времени зарядки и большего количества энергии, получаемой при большей дальности путешествия.
“Потребность в меньших по размеру и быстрее заряжающихся батареях больше, чем когда-либо”, - сказал Чао-Ян Ван, ведущий автор исследования. “Просто не хватает батарей и важнейших сырьевых материалов, особенно отечественного производства, для удовлетворения ожидаемого спроса”.
Ван - профессор машиностроения имени Уильяма Э. Дифендерфера в Пенсильванском университете.
Ван объяснил, что если продажи новых автомобилей перейдут на электромобили с батарейным питанием (EV), им необходимо будет преодолеть два основных недостатка. Во-первых, они слишком медленно перезаряжаются. Во-вторых, они слишком велики, чтобы быть эффективными и доступными. Вместо того, чтобы тратить несколько минут на заправку, некоторым электромобилям может потребоваться целый день для подзарядки, в зависимости от заряда батареи.
“Наша технология быстрой зарядки работает для большинства энергоемких аккумуляторов и откроет новую возможность уменьшить емкость аккумуляторов электромобилей со 150 до 50 кВт *ч, не вызывая у водителей беспокойства о дальности путешествия”, - сказал Ван, чья лаборатория сотрудничала со стартапом EC Power из государственного колледжа для разработки технологии. “Меньшие по размеру и быстрее заряжающиеся аккумуляторы значительно сократят стоимость аккумуляторов и использование критически важных сырьевых материалов, таких как кобальт, графит и литий, что позволит массово внедрять доступные электромобили”.
Технология основана на внутренней тепловой модуляции, активном методе контроля температуры, который требует от батареи максимально возможной производительности, объяснил Ван. Батареи работают наиболее эффективно, когда они горячие, но не слишком. Поддержание постоянной температуры батарей при нужной температуре было серьезной проблемой для инженеров-аккумуляторщиков. Исторически сложилось так, что они полагались на внешние громоздкие системы отопления и охлаждения для регулирования температуры батареи, которые реагируют медленно и тратят много энергии, сказал Ван.
Ван и его команда решили вместо этого регулировать температуру внутри батареи. Исследователи разработали новую структуру батареи, которая добавляет ультратонкую никелевую фольгу в качестве четвертого компонента помимо анода, электролита и катода. Действуя как стимул, никелевая фольга саморегулирует температуру и реактивность батареи, что позволяет обеспечить 10-минутную быструю зарядку практически любой электромобильной батареи, объяснил Ван.
“Настоящие быстрозаряжающиеся батареи окажут немедленное воздействие”, - пишут исследователи. ”Поскольку минерального сырья недостаточно для замены каждого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания электромобилем мощностью 150 кВт*ч, быстрая зарядка необходима для того, чтобы электромобили стали массовыми".
По словам Вана, партнер исследования, EC Power, работает над производством и коммерциализацией быстрозаряжаемых аккумуляторов для обеспечения доступной и устойчивой электрификации транспортных средств в будущем.