Przełom w konstrukcji akumulatorów pojazdów elektrycznych umożliwił 10-minutowe ładowanie typowego akumulatora EV. Rekordowe połączenie krótszego czasu ładowania i większej ilości energii pozyskiwanej dla większego zasięgu podróży zostało ogłoszone dzisiaj (12 października) w czasopiśmie Nature.
„Zapotrzebowanie na mniejsze, szybciej ładujące się baterie jest większe niż kiedykolwiek” – powiedział Chao-Yang Wang, profesor inżynierii mechanicznej William E. Diefenderfer w Penn State i główny autor badania. „Po prostu nie ma wystarczającej ilości baterii i krytycznych surowców, zwłaszcza produkowanych w kraju, aby zaspokoić przewidywany popyt”.
W sierpniu Kalifornijska Rada ds. Zasobów Powietrznych uchwaliła obszerny plan ograniczenia i ostatecznie zakazu sprzedaży samochodów napędzanych benzyną w stanie. Do 2035 roku największy rynek motoryzacyjny w Stanach Zjednoczonych skutecznie wycofa silnik spalinowy.
Jeśli sprzedaż nowych samochodów ma przejść na pojazdy elektryczne zasilane bateryjnie (EV), wyjaśnił Wang, będą musiały przezwyciężyć dwie główne wady: są zbyt wolne, aby się ładować i zbyt duże, aby były wydajne i niedrogie. Zamiast spędzać kilka minut przy dystrybutorze, w zależności od akumulatora, niektóre pojazdy elektryczne mogą potrzebować całego dnia, aby się naładować.
„Nasza technologia szybkiego ładowania działa w przypadku większości energochłonnych akumulatorów i otworzy nową możliwość zmniejszenia pojemności akumulatorów pojazdów elektrycznych ze 150 do 50 kWh bez powodowania przez kierowców niepokoju związanego z zasięgiem” – powiedział Wang, którego laboratorium współpracowało ze start-upem z State College. EC Power do opracowania technologii. „Mniejsze, szybciej ładujące się akumulatory radykalnie obniżą koszty baterii i zużycie krytycznych surowców, takich jak kobalt, grafit i lit, umożliwiając masowe przyjęcie niedrogich samochodów elektrycznych”.
Technologia ta opiera się na wewnętrznej modulacji termicznej, aktywnej metodzie kontroli temperatury, która wymaga jak najlepszej wydajności akumulatora, wyjaśnił Wang. Baterie działają najefektywniej, gdy są gorące, ale nie za gorące. Utrzymanie akumulatorów w odpowiedniej temperaturze było głównym wyzwaniem dla inżynierów zajmujących się akumulatorami. W przeszłości polegali na zewnętrznych, nieporęcznych systemach ogrzewania i chłodzenia do regulowania temperatury akumulatora, które reagują powoli i marnują dużo energii, powiedział Wang.
Wang i jego zespół postanowili zamiast tego regulować temperaturę z wnętrza akumulatora. Naukowcy opracowali nową strukturę baterii, która dodaje ultracienką folię niklową jako czwarty składnik obok anody, elektrolitu i katody. Działając jako bodziec, folia niklowa samoreguluje temperaturę i reaktywność akumulatora, co pozwala na 10-minutowe szybkie ładowanie prawie każdego akumulatora EV, wyjaśnił Wang.
„Prawdziwe szybko ładujące się baterie miałyby natychmiastowy wpływ” – piszą naukowcy. „Ponieważ nie ma wystarczającej ilości surowców mineralnych, aby każdy samochód z silnikiem spalinowym mógł zostać zastąpiony przez samochód elektryczny wyposażony w 150 kWh, szybkie ładowanie jest konieczne, aby pojazdy elektryczne stały się powszechne”.
Partner badania, EC Power, pracuje nad produkcją i komercjalizacją szybko ładującego się akumulatora, aby zapewnić przystępną i zrównoważoną przyszłość elektryfikacji pojazdów, powiedział Wang.
Pozostali współautorzy badania to Teng Liu, Xiao-Guang Yang, Shanhai Ge i Yongjun Leng z Penn State oraz Nathaniel Stanley, Eric Rountree i Brian McCarthy z EC Power.
Prace były wspierane przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych, Departament Obrony Stanów Zjednoczonych, Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych oraz Fundację im. Williama E. Diefenderfera.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Penn State. Oryginał napisany przez Adrienne Berard. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.