Новая конструкция аккумулятора позволяет заряжать электромобиль за 10 минут
Исследователи обнаружили, что батареи, предварительно нагретые до 60 градусов Цельсия, могут выдержать чрезвычайно быстрый процесс зарядки
Ученые разработали литий-ионную батарею, которая заряжается при повышенной температуре, чтобы увеличить скорость реакции, но при этом сохраняется в холодном состоянии во время разряда, демонстрируя потенциал, позволяющий увеличить расстояние пробега до 400 километров при зарядки батареи всего за 10 минут.
В случае масштабирования проект является одной из потенциальных стратегий, позволяющих устранить опасения, связанные с тем, что электромобилям не хватает достаточной дальности пробега для безопасного достижения пункта назначения без остановки в середине пути. Исследователи из Университета штата Пенсильвания представили свою работу 30 октября в журнале Joule.
Ученые осознали необходимость разработки аккумуляторов электромобилей, способных заряжаться очень быстро, чтобы удовлетворить потребности водителей. Тем не менее, такая быстрая скорость зарядки потребовала бы, чтобы батарея быстро потребляла 400 киловатт энергии — подвиг, которого современные автомобили не могут совершить, потому что это может привести к литированию (образованию металлического лития вокруг анода), что серьезно ухудшит срок службы батареи.
В то время как обычные литиевые батареи заряжаются и разряжаются при одной и той же температуре, исследователи обнаружили, что они могут обойти проблему литиевого покрытия, заряжая батарею при повышенной температуры 60 градусов по Цельсию в течение нескольких минут, а затем разряжая ее при более низких температурах.
Чтобы сократить время нагрева ученые оснастили конструкцию литий-ионной батареи самонагревающейся никелевой структурой, которая разогревается менее чем за тридцать секунд.
Исследователи обнаружили, что батареи, предварительно нагретые до 60 градусов Цельсия, могут выдержать чрезвычайно быстрый процесс зарядки в течение 1700 циклов, в то время как контрольная батарея может выдерживать только 60 циклов.
При средней температуре заряда между 49 и 60 градусами Цельсия исследования не обнаружили литиевого покрытия. Ученые также заметили, что повышенная температура заряда значительно уменьшила охлаждение, необходимое для поддержания первоначальной температуры элемента: контрольная батарея вырабатывала 3,05 ватт-часа, в то время как батарея при 60 градусах Цельсия генерировала только 1,7 ватт-часов.
«В прошлом считалось, что ионно-литиевые батареи должны избегать работы при высоких температурах из-за проблем с ускоренными побочными реакциями», — говорят ученые. «Наше исследование показывает, что преимущества смягченного литиевого покрытия при повышенной температуре с ограниченным временем воздействия намного перевешивают негативное воздействие, связанное с обострением побочных реакций».
Исследователи отмечают, что технология полностью масштабируема, потому что все батареи основаны на промышленно доступных электродах; и они уже продемонстрировали ее использование в крупномасштабных элементах, модулях и батареях. Никелевая фольга увеличивает стоимость только на 0,47%, но поскольку конструкция исключает необходимость использования внешних нагревателей, используемых в современных моделях, она фактически снижает стоимость производства.
«Мы работаем над тем, чтобы зарядить энергоемкий аккумулятор электромобиля за пять минут, не повредив его», — говорят исследователи. «Для этого потребуются высокостабильные электролиты и активные материалы в дополнение к саморазогревающейся структуре, которую мы изобрели».
Joule, Yang and Liu et al.: «Asymmetric Temperature Modulation for Extreme Fast Charging of Lithium-Ion Batteries» https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30481-7 DOI: 10.1016/j.joule.2019.09.021
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Создан аккумулятор, способный зарядить электромобиль за 10 минут
В США химики и инженеры создали новый тип литий-ионных аккумуляторов, которые могут заряжаться при высоких температурах и при этом не взрываться. Они смогут заряжать электромобили за 10 минут или даже быстрее. Об этом сообщила пресс-служба Пенсильванского университета со ссылкой на публикацию в научном журнале Joule.
«Наша батарея позволит электромобилю проехать около 320−480 км после всего десяти минут зарядки. И мы можем поддерживать подобные темпы работы на протяжении 2,5 тысяч циклов заряда и разряда, что эквивалентно пробегу примерно в 800 тысяч км», — пояснил один из авторов работы Чао-Ян Ван из Пенсильванского университета.
Современные аккумуляторы состоят из трех частей — катода, анода и электролита. Первый играет роль положительного полюса и источника энергии, второй — отрицательного полюса и «изымателя» тока, а электролит позволяет носителям заряда путешествовать между катодом и анодом. Мощность аккумуляторов напрямую зависит от состава катода, а их долговечность — от того, как сильно разрушается материал электролита и катода при циклах разряда-заряда.
От конструкции всех компонентов батареи зависит и то, насколько они опасны для человека. К примеру, многие типы современных литий-ионных аккумуляторов взрываются из-за того, что при перегреве внутри них начинают возникать короткие замыкания. Они еще больше нагревают аккумулятор, испаряют электролит, превращая его в пузырьки горячего газа, что в конечном итоге приводит к расплавлению всего аккумулятора и взрыву. Подобные опасения, как отмечает Чао-Ян Ван, мешают создавать действительно дешевые и удобные электромобили, так как процесс их «заправки» занимает несколько часов.
Остроумное решение
Авторы статьи нашли остроумное решение для этой проблемы, изучив то, что происходит внутри разогретой батареи во время ее зарядки и разрядки. Они выяснили, что большей части негативных эффектов можно избежать, если соединить один из электродов с тонкой пленкой из никеля, которая равномерно прогревает батарею. Если заряжать аккумулятор относительно недолго, около 10−20 минут, а затем быстро охладить, то его компоненты не будут разрушаться.
Руководствуясь этой идеей, американские исследователи собрали таким образом несколько экспериментальных аккумуляторов, зарядили их и проследили за тем, возникают ли внутри них так называемые «усы». Так ученые называют тонкие нити и пластины из чистого металлического лития, из-за которых возникают короткие замыкания. Они становятся причиной того, что аккумуляторы разогреваются и взрываются.
Как показали эти опыты, литиевые «усы» действительно не формируются, даже если батарея при зарядке успевает нагреться до 60 градусов Цельсия. При этом она выдерживает почти две тысячи циклов заряда-разряда, тогда как обычный аккумулятор, через который пропускают ток аналогичной силы, выходит из строя примерно через 60 циклов.
Что самое важное, модификация батареи увеличила ее стоимость всего на 0,46% за счет добавления никеля. Это, как надеются ученые, позволит их изобретению быстро проникнуть в промышленность и помочь электромобилям стать более привлекательными для потребителей.
Новые аккумуляторы для электрокара от Fisker заряжаются за 1 минуту
Компания датского дизайнера Хенрика Фискера, ранее собравшаяся конкурировать с Tesla, запатентовала особые твердотельные батареи, пишет Engadget. Сообщается, что они обеспечат запас хода в 800 км, а заряжаться будут за минуту.
Больше года назад дизайнер Хенрик Фискер, нарисовавший в свое время BMW Z8, Aston Martin V8 Vantage и Aston Martin DB9, заявил о планах выпустить дорогой электрический спорткар. Фискер обещал красивый электромобиль EMotion с запасом хода, превышающим 600 км, и максимальной скоростью — 260 км/ч. Но с тех пор ничего, кроме тизеров и моделей, публика не увидела. По последним данным, первый автомобиль марки должны представить в январе 2018 года.
Фискер сразу сообщил, что ему есть, чем отвечать Tesla. Компания, по заявлениям, перерыла огромное количество батарейных технологий и нашла нечто уникальное, что и должно было обеспечить мощность и запас хода. Еще год назад Фискер говорил, что в автомобиле будут не обычные литий-ионные батареи, а особые энергетические элементы с большим содержанием графена. Но подробностей не было. Это были только обещания.
Ошибка программиста привела к заморозке $280 млн на криптокошелькaх
Теперь компания подала патент на свои батареи. Если верить ему, то в Fisker Inc. создали нечто эффективное и твердотельное. Если раньше заявлялось о запасе хода в 640 км, только теперь он увеличен до 800 км. Но самым поразительным параметром является скорость зарядки этой батареи. Она займет 1 минуту. Если параметры окажутся такими же на практике, то патент может стать действительно революционным, и у компании будет важный аргумент в конкурентной борьбе с Tesla.
Fisker объективно очень маленькая компания, и сейчас ее амбиции кажутся нереализуемыми. Но история с батареями вполне может оказаться правдивой. Дело в том, что в компании над ними работает сооснователь стартапа Sakti3, который именно за разработки в области твердотельных батарей в 2015 году купила компания Dyson, заплатив $90 млн. Так что, если не срастется с выпуском спорткаров, Фискер сможет продавать батареи сторонним компаниям. О желании продавать батареи третьим лицам дизайнер заявлял еще при анонсе проекта.
«Скорость старения можно замедлить до пренебрежимого уровня»
Твердотельные батареи — перспективное направление для автоиндустрии. Ожидается, что они смогут решить основные проблемы электрокаров — долгая зарядка и малый запас хода. В случае Фискера сообщается, что плотность их твердотельных батарей будет в 2,5 раза выше традиционных литий-ионных. Но не только его компания занимается технологией. Например, Toyota пообещала выпустить свой первый электромобиль на твердотельных батареях в 2022 году. Для сравнения, Fisker планирует запустить свою инновационную технологию в массовое производство в 2023 году. Hyundai также хочет выпускать электрокары на твердотельных электролитах.
Российские инженеры обещают создать электромобиль, который сможет заряжаться за 3 минуты. Но смогут ли?
Российские инженеры все чаще берутся за разработку автомобилей с электрическими двигателями и искусственным интеллектом. Совсем недавно своими планами по созданию гибридного вездехода с системой автоматического вождения поделился концерн «Бакулин Моторс Групп», а теперь своими планами поделилась компания «Новые технологии Сибири» — она уверяет, что разрабатываемый ею электрический автомобиль не имеет аналогов. Что в нем такого особенного?
Находящийся в разработке электромобиль называется «Монарх», и над его созданием работает РОСНАНО и целый ряд вузов Казани, Санкт-Петербурга и Новосибирска. По словам разработчиков, благодаря эксклюзивным техническим решениям, автомобиль будет обладать системой автоматического вождения и аккумулятором,заряжающимся всего лишь за 3,6 минуты.
Автомобиль «Монарх» с графеновым аккумулятором
Под «не имеющими аналогов» технологиями, разработчики в основном подразумевают графен-магниевый аккумулятор. По их словам, на килограмм его массы приходится семь киловатт-часов емкости, чем не могут похвастаться аккумуляторы от конкурирующих компаний. По расчетам исследователей, новый тип аккумуляторов сможет полностью заряжаться всего за 3,6 минут.
По своему строению он напоминает распространенные литий─полимерные аккумуляторы но, естественно, внутри происходят совершенно разные электрохимические процессы. Разработчики видят два способа создания графен-магниевых аккумуляторов: в первом катодом может послужить чередующиеся пластины графена и кремния, а анодом — кобальтат лития. Во втором варианте кобальтат лития предлагается заменить на дешевый оксид магния — именно такой вид аккумуляторов, видимо, и собираются использовать разработчики.
Преимущества графен-магниевых аккумуляторов:
– небольшой вес, так как масса одного квадратного метра графена составляет 0,77 граммов;
– прочность и водонепроницаемость;
– безопасность для окружающей среды;
– высокая емкость, способная достигать 1000 Вт/ч на 1 килограмм;
Другие особенности российского электромобиля «Монарх»
Разработчики уверяют, что помимо аккумулятора у автомобиля есть множество других особенностей. Например, на каждую его ось можно поставить электродвигатели мощностью от 100 до 150 киловатт — можно реализовать передний, задний или полный привод.
Инженеры добиваются того, чтобы заряда аккумулятора хватало на преодоление расстояния от 500 до 1000 километров. Благодаря электромагнитной подвеске, аккумулятор будет способен заряжаться прямо во время езды, за счет подвижных частей, одновременно выполняющих роль генератора электричества.
Также разработчики упоминают систему автоматического пилотирования, который будет сканировать дорожную поверхность при помощи ультразвука. О пробках, дорожных авариях и погоде автомобиль сможет узнавать благодаря подключению к интернету.
Выйдет ли «Монарх» в продажу?
Выпуск первого автомобиля «Монарх» стоимостью до 4 миллионов рублей запланирован на 2021 год, но такой план вызывает большие сомнения. Большинство компонентов электромобиля на данный момент находится на стадии разработки и тестирования. Больше всего опасений вызывает графеновый аккумулятор — об успешном создании пока заявляла только испанская компания Graphenano, и ее вариант заряжался за 7─10 минут.
Сами разработчики уверены, что доведут начатое до конца. В презентационном файле они подчеркнули, что у российских инженеров есть большой опыт работы с электрическими двигателями, особенно в военной сфере. Также проект «Монарх» объединил многих экспертов в сфере сохранения и использования электрической энергии.
Новая конструкция аккумулятора позволяет заряжать электромобиль за 10 минут
Исследователи обнаружили, что батареи, предварительно нагретые до 60 градусов Цельсия, могут выдержать чрезвычайно быстрый процесс зарядки
Ученые разработали литий-ионную батарею, которая заряжается при повышенной температуре, чтобы увеличить скорость реакции, но при этом сохраняется в холодном состоянии во время разряда, демонстрируя потенциал, позволяющий увеличить расстояние пробега до 400 километров при зарядки батареи всего за 10 минут.
В случае масштабирования проект является одной из потенциальных стратегий, позволяющих устранить опасения, связанные с тем, что электромобилям не хватает достаточной дальности пробега для безопасного достижения пункта назначения без остановки в середине пути. Исследователи из Университета штата Пенсильвания представили свою работу 30 октября в журнале Joule.
Ученые осознали необходимость разработки аккумуляторов электромобилей, способных заряжаться очень быстро, чтобы удовлетворить потребности водителей. Тем не менее, такая быстрая скорость зарядки потребовала бы, чтобы батарея быстро потребляла 400 киловатт энергии — подвиг, которого современные автомобили не могут совершить, потому что это может привести к литированию (образованию металлического лития вокруг анода), что серьезно ухудшит срок службы батареи.
В то время как обычные литиевые батареи заряжаются и разряжаются при одной и той же температуре, исследователи обнаружили, что они могут обойти проблему литиевого покрытия, заряжая батарею при повышенной температуры 60 градусов по Цельсию в течение нескольких минут, а затем разряжая ее при более низких температурах.
Чтобы сократить время нагрева ученые оснастили конструкцию литий-ионной батареи самонагревающейся никелевой структурой, которая разогревается менее чем за тридцать секунд.
Исследователи обнаружили, что батареи, предварительно нагретые до 60 градусов Цельсия, могут выдержать чрезвычайно быстрый процесс зарядки в течение 1700 циклов, в то время как контрольная батарея может выдерживать только 60 циклов.
При средней температуре заряда между 49 и 60 градусами Цельсия исследования не обнаружили литиевого покрытия. Ученые также заметили, что повышенная температура заряда значительно уменьшила охлаждение, необходимое для поддержания первоначальной температуры элемента: контрольная батарея вырабатывала 3,05 ватт-часа, в то время как батарея при 60 градусах Цельсия генерировала только 1,7 ватт-часов.
«В прошлом считалось, что ионно-литиевые батареи должны избегать работы при высоких температурах из-за проблем с ускоренными побочными реакциями», — говорят ученые. «Наше исследование показывает, что преимущества смягченного литиевого покрытия при повышенной температуре с ограниченным временем воздействия намного перевешивают негативное воздействие, связанное с обострением побочных реакций».
Исследователи отмечают, что технология полностью масштабируема, потому что все батареи основаны на промышленно доступных электродах; и они уже продемонстрировали ее использование в крупномасштабных элементах, модулях и батареях. Никелевая фольга увеличивает стоимость только на 0,47%, но поскольку конструкция исключает необходимость использования внешних нагревателей, используемых в современных моделях, она фактически снижает стоимость производства.
«Мы работаем над тем, чтобы зарядить энергоемкий аккумулятор электромобиля за пять минут, не повредив его», — говорят исследователи. «Для этого потребуются высокостабильные электролиты и активные материалы в дополнение к саморазогревающейся структуре, которую мы изобрели».
Joule, Yang and Liu et al.: «Asymmetric Temperature Modulation for Extreme Fast Charging of Lithium-Ion Batteries» https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30481-7 DOI: 10.1016/j.joule.2019.09.021
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Создан аккумулятор для гаджетов, заряжаемый за одну минуту
Ученые из Стэнфордского университета изобрели высокопроизводительный аккумулятор, который быстро заряжается, долго держит заряд и имеет невысокую себестоимость. Исследователи считают, что разработка сможет заменить множество типов коммерческих литиево-ионных и щелочных батарей. Их работа была опубликована в журнале Nature.
Исследователи не сообщили о емкости разработанного аккумулятора, но заявили, что их технологию можно будет использовать практически в любых устройствах — от смартфонов до электромобилей и ветрогенераторов. Если такую батарею поместить в смартфон, то ее можно будет полностью заряжать от электросети за одну минуту, сообщили ученые. В современных телефонах на зарядку аккумулятора уходит несколько часов.
В конструкции нового аккумулятора исследователи использовали алюминий — перспективный для индустрии перезаряжаемых источников питания материал, позволяющий снизить себестоимость, обеспечивающий более высокую плотность заряда и обладающий меньшей воспламеняемостью.
Из алюминия ученые Стэнфордского университета изготовили анод — положительный полюс батареи. Катод (отрицательный полюс) они изготовили из графита. В батарею был помещен жидкий электролит, заключенный в полимерный мешок.
«Люди пробовали различные материалы для катода. Мы случайно обнаружили, что лучше всего использовать графитный катод, представляющий собой по большей части углерод. Мы нашли несколько типов графитового материала с высокой производительностью», — рассказал профессор Стэнфордского университета по химии Хунцзе Дай (Hongjie Dai), участвующий в разработке.
Ученые создали батарейку, способную полностью заряжаться за минуту
Ученым удалось добиться и длительного срока службы экспериментальной батареи. Она выдержала свыше 7,5 тыс. циклов перезарядки без потери свойств. Предыдущие прототипы алюминиевых батарей деградировали уже после 100 циклов, рассказал Дай. Для сравнения, современные батареи поддерживают около тысячи циклов без существенной потери емкости.
Алюминиевая батарея намного безопаснее литиево-ионных, используемых в миллионах мобильных устройств, добавил Дай. «Литиево-ионные батареи могут воспламеняться», — пояснил профессор. Он рассказал, что алюминиевую батарею при желании можно просверлить насквозь (то есть разгерметизировать), при этом она продолжит работать некоторое время без риска возникновения пожара.
Дай признался, что пока их батарея выдает примерно вдвое более низкое напряжение, чем обычный литиево-ионный аккумулятор. Перед учеными стоит задача увеличить этот показатель. По словам участника проекта, это можно сделать путем повышения качества материала, из которого состоит катод.
О том, когда разработка стэнфордских ученых может появиться на рынке, они пока не говорят.
Добавим, что проблема длительной зарядки аккумуляторов беспокоит множество исследовательских проектов и коммерческих компаний. Например, в апреле 2014 г. израильский стартап StoreDot продемонстрировал батарейку, заряжаемую за 30 секунд. Изобретатели предполагают, что такая технология станет доступна в ближайшие годы.
Аккумуляторы для электромобилей будут заряжаться в течение нескольких минут
Сбылось не сбылось
- 26 просмотров
Сводная информация по прогнозу редактировать информацию
31 марта 2018 – Исследователи из Мэрилендского университета разработали новую технологию создания наноматериалов. Методика позволяет собирать наноразмерные частицы, которые состоят из восьми различных элементов, ранее принципиально не смешивающихся друг с другом. Синтез наносплавов с высокой энтропией значительно расширяет возможности получения полезных материалов. Помимо получения эффективных катализаторов, использование подобных материалов очень перспективно для разработки новых видов накопителей энергии . https://naked-science.ru/article/sci/razrabotany-nanochasticy-iz-vosmi
04 марта 2018 – Профессор Чынг Ку Канг (Jeung Ku Kang) и его коллеги из Высшей школы энергетики KAIST создали на основе графена прототип аккумулятора, для полного «насыщения» которому требуется всего 20–30 секунд , даже при использовании маломощных систем зарядки, таких как USB-переходники или гибкие фотоэлементы. Таким образом, иновационное устройство не только выдерживает высокое напряжение, но и имеет длинный жизненный цикл, а значит, дольше прослужит своему владельцу. По словам изобретателей, ” высокая емкость и повышенная стабильность отличают его от аналогов, поэтому мы уверены, что вскоре начнем производить подобные батареи в промышленных масштабах “. https://naked-science.ru/article/hi-tech/izobreten-nakopitel-energii
15 ноября 2017 – Компания Fisker создала аккумуляторы для электромобилей, способные полностью заряжаться за минуту. Новые твердотелые аккумуляторы обладают в 25 раз большей площадью поверхности, чем уже существующие элементы. При этом ёмкость новых батарей в 2,5 раза больше, чем у традиционных литий-ионных элементов. Ожидается, что новый аккумулятор будет иметь запас энергии на 800 км пробега. Fisker представит свои аккумуляторы на выставке CES-2018 в Лас-Вегасе, в производство новые батареи должны пойти к 2020 году. Цена инновационных аккумуляторов будет примерно на треть выше, чем у литий-ионных .
06 ноября 2017 – Компания Enevate, разрабатывающая литий-ионные батареи, заявила о создании технологии HD-Energy. Она позволит заряжать аккумуляторы электромобилей всего за пять минут, пишет VentureBeat. Технология позволяет за 5 минут зарядить батарею до такой степени, что ей хватит энергии на преодоление 390 км. Есть и 60-секундный режим — после него батареи хватит на 80 км. Для большинства пользователей электромобилей 80 км в день вполне достаточно, так что, если с технологией действительно все так хорошо, как рассказывают в компании, то она избавляет от одного из самых больших страхов перед EV — долгой зарядкой. В компании говорят, что это лучшая на сегодняшний день технология быстрой зарядки. Она отвечает требованиям рынка и сейчас проходят последние этапы сертификации.
25 июля 2017 – Японский автоконцерн Toyota работает над созданием электромобилей с батареей нового типа, которая позволяет увеличить дальность поездок и заряжается за более короткий период времени, начало продаж ожидается в 2022 году, пишет агентство Рейтер со ссылкой на издание Chunichi Shimbun. Новый электрокар Toyota будет создан на базе принципиально новой платформы, в автомобилях будет использована батарея, способная заряжаться за несколько минут, ссылается издание на неназванные источники. Уточняется, что сейчас электромобили, в которых установлены литий-ионные батареи, требуют 20-30 минут зарядки, при этом энергии хватает на 300-400 километров пути.
17 мая 2017 – Компания StoreDot разработала технологию, которая позволяет полностью зарядить аккумулятор электрического автомобиля всего за несколько минут. Такую скорость обеспечивают патентованные компанией разработки, существенно отличающиеся от имеющихся в продаже предложений. Сегодня компания занимается поиском инвесторов и партнеров, которые могли бы помочь им в серийном производстве аккумуляторов.
Результат поиска по запросу “Электромобил. “, “Аккумулятор”
Источники:
http://eadaily.com/ru/news/2019/11/04/sozdan-akkumulyator-sposobnyy-zaryadit-elektromobil-za-10-minut
http://hightech.fm/2017/11/15/fisker_solid_state
http://pikabu.ru/story/rossiyskie_inzheneryi_obeshchayut_sozdat_yelektromobil_kotoryiy_smozhet_zaryazhatsya_za_3_minutyi_no_smogut_li_6797895
http://ab-news.ru/2019/10/31/novaya-konstrukciya-akkumulyatora-pozvolyaet-zaryazhat-elektromobil-za-10-minut/
http://cnews.ru/news/top/sozdan_akkumulyator_dlya_gadzhetovzaryazhaemyj
http://4teller.com/akkumulyatory-dlya-elektromobiley-budut-zaryazhatsya-v-techenie-neskolkih-minut
http://otzovik.com/review_7834260.html
Загрузка...
