Недорогой аккумулятор для электромобилей быстро заряжается, что снижает беспокойство по поводу запаса хода

Текст Андреа Элис Мессер, 18 января 2021 г.

УНИВЕРСИТЕТ-ПАРК, Пенсильвания. Беспокойство по поводу запаса хода, боязнь разрядиться до того, как удастся зарядить электромобиль, могут уйти в прошлое, по словам группы инженеров Пенсильванского университета, которые изучают литий-железо-фосфатные батареи, способные иметь запас хода 250 миль с возможностью зарядки за 10 минут.

«Мы разработали довольно умную батарею для электромобилей массового рынка с паритетом стоимости с автомобилями с двигателем внутреннего сгорания», — сказал Чао-Янг Ван, заведующий кафедрой машиностроения Уильяма Э. Дифендерфера, профессор химического машиностроения и профессор материаловедения и инженерии. директор Центра электрохимических двигателей в штате Пенсильвания. «Больше нет беспокойства по поводу диапазона, и эта батарея доступна по цене».

Исследователи также говорят, что срок службы батареи должен составлять 2 миллиона миль.

Они сообщают сегодня (18 января) в Nature Energy, что ключом к долгому сроку службы и быстрой перезарядке является способность батареи быстро нагреваться до 140 градусов по Фаренгейту для зарядки и разрядки, а затем охлаждаться, когда батарея не работает.

«Очень быстрая зарядка позволяет нам уменьшить размер аккумулятора, не беспокоясь о запасе хода», — сказал Ван.

В батарее используется подход к самонагреву, ранее разработанный в центре Вана. В самонагревающейся батарее используется тонкая никелевая фольга, один конец которой прикреплен к отрицательной клемме, а другой выходит за пределы ячейки, образуя третью клемму. Когда электроны текут, они быстро нагревают никелевую фольгу за счет резистивного нагрева и нагревают внутреннюю часть батареи. Как только внутренняя температура батареи достигает 140 градусов по Фаренгейту, переключатель размыкается, и батарея готова к быстрой зарядке или разрядке.

Команда Ванга смоделировала эту батарею, используя существующие технологии и инновационные подходы. Они предполагают, что, используя этот метод самонагрева, они могут использовать недорогие материалы для катода и анода батареи и безопасный низковольтный электролит. Катод представляет собой термически стабильный фосфат лития-железа, который не содержит дорогих и критических материалов, таких как кобальт. Анод изготовлен из графита с очень крупными частицами, безопасного, легкого и недорогого материала.

По словам исследователей, из-за самонагрева им не нужно беспокоиться о неравномерном осаждении лития на аноде, что может вызвать опасные выбросы лития.

«Эта батарея имеет уменьшенный вес, объем и стоимость», — сказал Ван. «Я очень рад, что мы наконец нашли аккумулятор, который принесет пользу массовому потребительскому рынку».

По словам Ванга, эти небольшие батареи могут производить большое количество энергии при нагреве — 40 киловатт-часов и 300 киловатт мощности. По его словам, электромобиль с такой батареей может разогнаться до 60 миль в час за 3 секунды и будет вести себя как Porsche.

«Вот как мы собираемся изменить окружающую среду, а не только создавать роскошные автомобили», — сказал Ван. «Пусть каждый может позволить себе электромобили».

Другими исследователями штата Пенсильвания, работавшими над этим проектом, были Сяо-Гуан Ян, доцент кафедры машиностроения, и Тэн Лю, докторант машиностроения.

Это исследование поддержали Управление по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США и Фонд Уильяма Э. Дифендерфера.

Предоставлено отделом новостей и исследований штата Пенсильвания

Избранное изображение:предоставлено Заком Шаханом