Исследователи из Китая "перетасовали" ионы лития для более равномерного распределения их внутри аккумуляторных батарей, в результате чего электромобили смогут заряжаться до 60% емкости всего за 6 минут. При этом, в отличие от предыдущих оптимизаций быстрой зарядки, новая технология не влияет на запас накопленной электроэнергии.

Credit: Flickr.

Наиболее важные свойства перезаряжаемых литий-ионных батарей, такие как плотность энергии и время зарядки, определяются электрохимическими и кинетическими свойствами компонентов, а также микроструктурой, лежащей в их основе. Именно на ней и сосредоточили свое внимание исследователи из Университета науки и техники Китая в Хэфэе и их коллеги.

Для создания прочной структуры в литий-ионных аккумуляторах обычно используются связующие вещества, которые объединяют частицы внутри устройства. Недостатком является то, что частицы внутри такой плотной батареи распределены беспорядочно, что ограничивает время зарядки. Конечно, были попытки распределить частицы более упорядоченно (что несколько ускоряет время зарядки) за счет использования более плотных растворов, но это резко снижало  срок службы аккумулятора.

Чтобы упорядочить частицы по размеру и пористости, китайские исследователи покрыли частицы графитового анода медью и добавили медные нанопроволоки. Затем частицы нагрели, охладили и сжали, создав упорядоченную структуру. Результаты эксперимента оказались весьма впечатляющими: лабораторные испытания показали, что оптимизированный аккумулятор может заряжаться до 60% емкости за 5,6 минуты, а до 80% - за 11,4 минуты, и все это без ущерба для накопления энергии. Для сравнения, зарядка Tesla EV до 80% на станции Supercharge занимает около 30 минут, а при подключении к обычным зарядным станциям и домашним розеткам - до 12 часов, так что в данном случае речь идет о значительном улучшении.

Литий-ионные элементы вставляются в пакет на заводе по производству электрических мотоциклов компании Johammer e-mobility в Бад-Леонфельдене, Австрия. Lisi Niesner/Bloomberg via Getty Images

Быстрая зарядка

Когда батарея разряжена, зарядка происходит быстрее, но постепенно замедляется по мере насыщения батареи. Примерно после отметки в 50% скорость зарядки начинает снижаться, и по мере приближения к 100% она падает все больше и больше. На самом деле, производители обычно рекомендуют не заряжать аккумулятор до 100%, если только вам не нужен большой запас хода, а ориентироваться примерно на 80%, чтобы избежать износа, который наступает с частотой перезарядки.

В отличие от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, электромобили дешевле в эксплуатации на протяжении всего срока службы, при этом они гораздо более экологичны. Время быстрой зарядки - один из ключевых показателей, интересующих покупателей электромобилей. Так называемая "тревога за дальность пробега" останавливает большинство людей от перехода на электромобили, но если бы время зарядки было сравнимо с заправкой полного бака на АЗС, то рынок, скорее всего, быстро сместился бы в сторону EV.

Сеть Supercharger компании Tesla - отличный пример разумного компромисса, несмотря на то, что в последние годы компания, возможно, стала слишком популярной, что затрудняет поиск бесплатных точек Supercharger в некоторых самых оживленных городах. В других странах такие компании, как китайская NIO, внедрили станции замены аккумуляторов, где отработавшее свой срок устройство заменяется новым менее чем за 5 минут.

Конструкция батареи с более быстрой зарядкой в сочетании с такими вещами, как замена батарей, может значительно ускорить переход отрасли на 100% электрический транспорт. Однако медь и медные нанопроволоки, нанесенные на графитовый анод, могут значительно повысить стоимость таких батарей. Кроме того, для поддержания батареи в рабочем состоянии в жаркие летние и холодные зимние дни может потребоваться дополнительный нагрев и охлаждение, соответственно, что еще больше увеличивает стоимость, сообщили исследователи журналу New Scientist.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances

Источники: Journal New Scientist, Science Advances
(https://www.science.org/journal/sciadv)
(https://www.newscientist.com/article/2317864-efficient-battery-could-charge-electric-cars-60-per-cent-in-6-minutes/)