Ученные из Университета штата Пенсильвания разработали аккумуляторы с высокой плотностью хранения энергии, способные заряжаться всего за 10 минут. Это позволит использовать в электромобилях батареи меньшей ёмкости, а значит, уменьшить стоимость самих машин.
Источник изображения: psu.edu
Для быстрой зарядки аккумуляторов нужно в первую очередь обеспечить их эффективное охлаждение, потому как поступление большого количества энергии непременно приводит к нагреву элементов. Задача по обеспечению оптимального температурного режима считается достаточно сложной: в традиционном варианте инженеры применяли для её решения громоздкие и дорогостоящие системы охлаждения и нагрева — они работают медленно и сами потребляют немало энергии.
Группа учёных под руководством профессора Чао Ян Вана (Chao-Yang Wang) для достижения максимальных показателей производительности аккумулятора обратилась к внутренней тепловой модуляции — активному методу температурного контроля. Таким образом можно регулировать температурный режим изнутри самого аккумулятора. Для этого пришлось внести изменения в структуру батареи, добавив ультратонкую никелевую фольгу, которая стала четвёртым базовым компонентом наряду с анодом, катодом и электролитом. Выступая в качестве своеобразного внутреннего стимулятора, фольга служит средством внутренней саморегуляции, добиваясь оптимальных температуры и реактивности — это обеспечивает 10-минутную быструю зарядку для аккумулятора практически любого типа.
В рамках исследования учёные построили прототип батареи с плотностью накопления энергии 265 Вт·ч/кг — для сравнения, у аккумуляторов CATL Qilin, массовое производство которых стартует только в 2023 году, этот показатель составляет 255 Вт·ч/кг. За 11 минут элементы питания, разработанные учёными из Пенсильвании, смогут зарядиться достаточно (на 70 %), чтобы обеспечить запас хода от 320 до 480 км. При этом они сохраняют свои свойства в течение 2000 циклов — то есть на одной только быстрой зарядке можно пройти около 800 тыс. км.
При наличии зарядной инфраструктуры, говорят учёные, можно будет снизить ёмкость батарей для электромобилей со 150 до 50 кВт·ч. Это уменьшит расход такого критически важного сырья как кобальт, графит и литий, а также обеспечит снижение стоимости электромобилей, тем самым способствуя их распространению. Для вывода технологии на рынок уже зарегистрирована компания EC Power.
