Przełom w konstrukcji akumulatorów do pojazdów elektrycznych umożliwił uzyskanie 10-minutowego czasu ładowania typowego akumulatora EV. Rekordowe połączenie krótszego czasu ładowania i większej ilości energii pozyskanej dla większego zasięgu podróży zostało ogłoszone dzisiaj (12 października) w czasopiśmie Nature.
„Potrzeba mniejszych, szybciej ładujących się baterii jest większa niż kiedykolwiek” – powiedział Chao-Yang Wang, William E. Diefenderfer Professor of Mechanical Engineering na Penn State i główny autor badania. „Po prostu nie ma wystarczającej ilości baterii i krytycznych surowców, zwłaszcza tych produkowanych w kraju, aby zaspokoić przewidywany popyt”.
W sierpniu Kalifornijska Rada Zasobów Powietrza uchwaliła obszerny plan ograniczenia, a ostatecznie zakazu sprzedaży samochodów napędzanych benzyną na terenie stanu. Do 2035 roku największy rynek samochodowy w Stanach Zjednoczonych skutecznie wycofa silnik spalinowy na emeryturę.
Jeśli sprzedaż nowych samochodów ma się przesunąć w kierunku pojazdów elektrycznych zasilanych bateriami (EV), Wang wyjaśnił, będą one musiały pokonać dwie główne wady: są zbyt powolne do ładowania i zbyt duże, aby być wydajne i przystępne cenowo. Zamiast zająć kilka minut przy pompie benzynowej, w zależności od baterii, niektóre EV mogą zająć cały dzień, aby się naładować.
„Nasza technologia szybkiego ładowania działa dla większości akumulatorów o dużej gęstości energii i otworzy nową możliwość zmniejszenia akumulatorów pojazdów elektrycznych ze 150 do 50 kWh bez powodowania u kierowców poczucia niepokoju o zasięg” – powiedział Wang, którego laboratorium współpracowało ze startupem EC Power z siedzibą w State College w celu opracowania technologii. „Mniejsze, szybciej ładujące się baterie radykalnie obniżą koszty baterii i wykorzystanie krytycznych surowców, takich jak kobalt, grafit i lit, umożliwiając masowe przyjęcie niedrogich samochodów elektrycznych”.
Technologia opiera się na wewnętrznej modulacji termicznej, aktywnej metodzie kontroli temperatury, aby zażądać od baterii najlepszej możliwej wydajności, wyjaśnił Wang. Baterie działają najbardziej efektywnie, gdy są gorące, ale nie za gorące. Utrzymywanie baterii w odpowiedniej temperaturze było dużym wyzwaniem dla inżynierów zajmujących się bateriami. Dotychczas polegali oni na zewnętrznych, nieporęcznych systemach grzewczych i chłodzących, które reagowały powoli i marnowały dużo energii, powiedział Wang.
Wang i jego zespół zdecydowali, że zamiast tego będą regulować temperaturę wewnątrz baterii. Naukowcy opracowali nową strukturę baterii, która dodaje ultracienką folię niklową jako czwarty element obok anody, elektrolitu i katody. Działając jako bodziec, folia niklowa samoreguluje temperaturę baterii i reaktywność, co pozwala na 10-minutowe szybkie ładowanie na prawie każdej baterii EV, wyjaśnił Wang.
„Prawdziwe szybko ładujące się baterie miałyby natychmiastowy wpływ” – piszą badacze. „Ponieważ nie ma wystarczającej ilości surowych minerałów, aby każdy samochód z silnikiem spalinowym został zastąpiony przez EV o mocy 150 kWh, szybkie ładowanie jest niezbędne, aby EV przeszły do głównego nurtu”.
Partner badania, EC Power, pracuje nad produkcją i komercjalizacją szybko ładującej się baterii dla niedrogiej i zrównoważonej przyszłości 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 USA, Departament Obrony USA, Siły Powietrzne USA oraz William E. Diefenderfer Endowment.
Źródło: Penn State / Adrienne Berard
