Вчені розробили літій-іонну батарею, яка заряджається при підвищеній температурі, щоб збільшити швидкість реакції, але при цьому зберігається в холодному стані під час розряду, демонструючи потенціал, що дозволяє збільшити відстань пробігу до 400 кілометрів при заряджанні батареї всього за 10 хвилин.
У разі масштабування проект є однією з потенційних стратегій, що дозволяють усунути побоювання, пов'язані з тим, що електромобілям не вистачає достатньої дальності пробігу для безпечного досягнення пункту призначення без зупинки в середині шляху. Дослідники з Університету штату Пенсільванія представили свою роботу 30 жовтня в журналі Joule.
Вчені усвідомили необхідність розробки акумуляторів електромобілів, здатних заряджатися дуже швидко, щоб задовольнити потреби водіїв. Тим не менш, така швидка швидкість зарядки зажадала б, щоб батарея швидко споживала 400 кіловат енергії - подвиг, якого сучасні автомобілі не можуть зробити, тому що це може призвести до літування (утворення металевого літію навколо аноду), що серйозно погіршить термін служби батареї.
У той час як звичайні літієві батареї заряджаються і розряджаються при одній і тій же температурі, дослідники виявили, що вони можуть обійти проблему літієвого покриття, заряджаючи батарею при підвищеній температурі 60 градусів за Цельсієм протягом декількох хвилин, а потім розряджаючи її при більш низьких температурах.
Щоб скоротити час нагріву вчені оснастили конструкцію літій-іонної батареї нікелевою структурою, яка розігрівається менш ніж за тридцять секунд.
Дослідники виявили, що батареї, попередньо нагріті до 60 градусів Цельсія, можуть витримати надзвичайно швидкий процес зарядки протягом 1700 циклів, в той час як контрольна батарея може витримувати тільки 60 циклів.
При середній температурі заряду між 49 і 60 градусами Цельсія дослідження не виявили літієвого покриття. Вчені також помітили, що підвищена температура заряду значно зменшила охолодження, необхідне для підтримки первісної температури елемента: контрольна батарея виробляла 3,05 ватт-години, в той час як батарея при 60 градусах Цельсія генерувала тільки 1,7 ватт-годин.
«У минулому вважалося, що іонно-літієві батареї повинні уникати роботи при високих температурах через проблеми з прискореними побічними реакціями», - кажуть вчені. «Наше дослідження показує, що переваги пом'якшеного літієвого покриття при підвищеній температурі з обмеженим часом впливу набагато переважують негативний вплив, пов'язаний із загостренням побічних реакцій».
Дослідники відзначають, що технологія повністю масштабована, тому що всі батареї засновані на промислово доступних електродах; і вони вже продемонстрували її використання в великомасштабних елементах, модулях і батареях. Нікелева фольга збільшує вартість тільки на 0,47%, але оскільки конструкція виключає необхідність використання зовнішніх нагрівачів, що використовуються в сучасних моделях, вона фактично знижує вартість виробництва.
«Ми працюємо над тим, щоб зарядити енергоємний акумулятор електромобіля за п'ять хвилин, не пошкодивши його», - кажуть дослідники. «Для цього будуть потрібні високостабільні електроліти та активні матеріали на додаток до саморозігрівної структури, яку ми винайшли».