Инженеры Мичиганского университета представили инновационную методику, позволяющую значительно ускорить зарядку аккумуляторов электромобилей в условиях низких температур. Согласно их исследованию, результаты которого опубликованы в журнале Joule, новая технология позволяет заряжать литий-ионные аккумуляторы в пять раз быстрее при температурах до -10 °C, не сокращая их срок службы.
Зимой многие владельцы электромобилей сталкиваются с проблемой медленной зарядки. В то время как в теплую погоду процесс занимает от 30 до 40 минут, в холодное время года он может удлиняться до двух часов и более. В некоторых случаях зарядка идет настолько медленно, что водители предпочитают покинуть зарядные станции, не дождавшись необходимого уровня заряда. Это обстоятельство является одной из причин, по которой многие потенциальные покупатели все еще колеблются при выборе электромобиля.
Команда исследователей из Мичиганского университета выяснила, что основным препятствием для быстрой зарядки в холодную погоду является образование химического слоя на поверхности электрода, который затрудняет движение ионов лития. При низких температурах скорость этого движения значительно замедляется, что снижает емкость аккумулятора и скорость его зарядки.
Чтобы преодолеть эту проблему, ученые применили два подхода: физическую модификацию электрода и химическое покрытие. Сначала они создали вертикальные микроканалы внутри графитового анода, что улучшило проходимость ионов. Затем поверхность электрода покрыли 20-нанометровым слоем, состоящим из смеси бората и карбоната лития. Этот слой предотвращает образование естественного химического барьера, облегчая проникновение ионов лития.
Результаты исследования показали, что модифицированные аккумуляторы увеличили доступную емкость более чем на 500% и сохранили более 97% своей емкости после 100 циклов зарядки даже при -10 °C. Это означает, что новые аккумуляторы могут заряжаться в пять раз быстрее, сохраняя свою эффективность в условиях холода.
Для проверки эффективности своей методики исследователи изготовили ячейки в формате pouch, аналогичные тем, которые используются в автомобильной промышленности. Эти батареи прошли 100 циклов быстрой зарядки при -10 °C, и результаты оказались впечатляющими: более 92% сохранялось после этих циклов, а металлические отложения лития не обнаружили.
Сравнительно, традиционные батареи без этих улучшений сохраняли лишь 36% своей емкости после 50 циклов, что подчеркивает преимущества новой технологии. Авторы исследования отметили, что их подход не требует значительных изменений в производственных процессах, что облегчит внедрение новшества в промышленность.
Проблема медленной зарядки в холодное время года остается одной из главных причин, по которой многие потребители не решаются на покупку электромобиля. Например, в США 63% взрослых опрошенных выразили нежелание приобретать электромобили, ссылаясь на подобные ограничения. В условиях похолодания владельцы электромобилей сообщали о времени зарядки, превышающем час, даже на станциях быстрой зарядки.
Предложенная методика Мичиганского университета может существенно улучшить ситуацию. Возможность зарядки батарей всего за 10 минут при температурах до -10 °C значительно повысит удобство использования электромобилей и поможет развеять сомнения по поводу их надежности. Кроме того, новая технология совместима с существующими производственными процессами, что может ускорить выход на рынок более эффективных аккумуляторов, адаптированных к реальным условиям эксплуатации.
Источник: esoreiter.ru
