9-minute battery charging could accelerate electric vehicles’ prospects — ABC Chemicals

Возможно, один из ключевых контрольно-пропускных пунктов, сдерживающих электромобили, был сломан после того, как американские исследователи нашли способ заряжать аккумуляторы в течение девяти минут, чтобы автомобиль мог проехать 200 миль. Нагревая типичные литий-ионные аккумуляторы, Чао-Ян Ван из Университета штата Пенсильвания и его коллеги устраняют химические проблемы, затрудняющие быструю зарядку. «Мы раздвигаем границу и стремимся достичь пятиминутной зарядки до энергии 80% без повреждения батареи», — говорит Ван. Мир химии, «Это позволит нам достичь паритета с заправкой бензином».

Команда Вана разогревает батареи до 60˚C за 30 секунд, а затем заряжает их до 80% от их максимальной энергоемкости, эквивалентной дальности пробега 200 миль, за 503 секунды. Исследователи обычно используют достаточно высокие скорости зарядки, чтобы быстро повредить батареи. Тем не менее, нагретые батареи потеряли всего 20% своей емкости или менее в течение 1700–2500 циклов зарядки, что эквивалентно 340 000–500 000 миль вождения.

Для сравнения, текущая цель Министерства энергетики США для быстрых методов зарядки составляет 500 циклов с ухудшением 20%. И сегодня нагнетателю Tesla Model S требуется 40 минут, чтобы зарядить разряженную батарею до 80% максимальной емкости.

Высокие температуры ускоряют рост межфазной фазы твердого электролита, содержащей литий и другие материалы батареи. Эта поверхностная пленка разлагает батареи, уменьшая количество ионов лития, доступных для перемещения. Вследствие этого, ранее «никто не осмеливался» пытаться нагревать батареи во время их зарядки, говорит Ван.

«Благодаря обширным экспериментам и теоретическому анализу мы поняли, что образование поверхностной пленки при высоких температурах зависит от времени», — объясняет Ван. Следовательно, ограничение времени выдержки сводит к минимуму повреждение аккумулятора. По оценкам Вана и его коллег, десять минут на цикл — это примерно семь дней при 60 ° С в течение 15 лет вождения, или 0,11ТП1Т срока службы батареи.

Гальваническое покрытие предотвращено

Несколько других преимуществ также мотивировали команду штата Пенсильвания. Высокие температуры способствуют прохождению ионов между электродами батареи и уменьшают сопротивление, сводя к минимуму потери энергии в виде тепла. Ван предполагает, что это должно означать, что зарядка при более высоких температурах менее опасна, чем при более низких.

Исследователи также обнаружили, что высокие температуры подавляют еще один важный процесс химической деградации, известный как литирование. В этом процессе, вместо того, чтобы ионы лития вкладывались в графитовые аноды, атомы лития вместо этого покрывали поверхность анода. Это ключевая проблема, возникающая при высоких скоростях зарядки, необходимых для быстрого пополнения батарей. Исследования группы по сканирующему электронному микроскопу и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии показывают гораздо меньшее литирование при зарядке при 60 ° C, чем при комнатной температуре.

9-minute battery charging could accelerate electric vehicles’ prospects - ABC Chemicals

Исследователи включают нагревание, встраивая легкие резистивные никелевые фольги в стандартные конструкции батарей. При первом подключении фольга получает электроэнергию непосредственно от зарядного устройства, при этом очень мало просачивается в аккумулятор. Когда он достигает 60˚C, выключатель срабатывает, и все электричество поступает на зарядку аккумулятора. Этот простой дизайн «должен быть очень близок к коммерческим продуктам», говорит Ван, как для автомобилей, так и для других приложений, таких как смартфоны. «Наши батареи были независимо проверены и проверены Аргоннской национальной лабораторией в рамках программы экстремальной быстрой зарядки Министерства энергетики США».

По словам Клэр Грей из Университета Кембриджа, исследование «интригующее», но его необходимо расширить до более крупных аккумуляторных батарей с различными проблемами управления теплом. Она также не ожидает, что такие батареи действительно достигают 500 000-мильной экспериментальной жизни. «Литиевое покрытие и межфазный рост в твердом электролите не являются единственными механизмами деградации», — подчеркивает Грей.

Эдди Кассен из Университета Шеффилда согласен с тем, что «другие процессы старения батареи могут вступить в игру с многолетним использованием в реальном рабочем цикле». «Батарея в тесте быстрой зарядки все еще будет относительно молодой к концу 2500 циклов», — говорит он. «Но эта работа представляет собой захватывающую практическую демонстрацию того, что термическое управление процессами батареи может значительно повысить производительность в современной химии батареи».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *