Последние версии зарядных станций Tesla позволяют владельцам электрических автомобилей быстрей вернуться на дорогу, но мы еще очень далеки от момента, когда полная перезарядка аккумуляторных батарей автомобиля хотя бы приблизится к времени, требующемуся для заливки бака жидким топливом. Однако, в данном направлении достаточно часто случаются прорывы и к таким прорывам можно отнести работу исследователей из Пенсильванского университета, которые создали аккумуляторную батарею нового типа, использование которой позволит полностью зарядить электромобиль всего за 10 минут.
Литий-ионные аккумуляторы, которые приводят в действие наши смартфоны, ноутбуки и электрические автомобили, достаточно универсальны и надежны в некоторой степени. Однако, они являются достаточно хрупкими системами, любое отклонение от требуемых условий зарядки и эксплуатации приводит к проблемам, к формированию металлических дендритов, к примеру, которые являются причиной коротких замыканий и полного выхода батареи из строя.
Другим фактором, влияющим на работу литий-ионных аккумуляторов, является температура окружающей среды. Слишком холодно – и ионы лития в виде чистого металла начнут выделяться на аноде батареи, что известно под названием литиевой металлизации, это ухудшает параметры батареи и часто приводит к спонтанному возгоранию. Зарядка батарей при повышенной температуре протекает более эффективно, но это также в некоторых случаях может иметь негативные последствия.
“Нагрев батарей до экстремального для них порога выше 60 градусов Цельсия является недопустимым при эксплуатации обычных батарей” – пишут исследователи из Пенсильвании, – “Высокая температура заключает в себе опасность для некоторых материалов, из которых изготовлены элементы батарей, кроме этого, она крайне отрицательно влияет на электрическую емкость и на время работы устройства в дальнейшем от этой батареи”.
Новая батарея разработана для работы при температуре, практически выходящей за границы допустимого диапазона обычных батарей. При зарядке она быстро нагревается до температуры в 60 градусов Цельсия, которая держится в течение всей зарядки. После этого батарея быстро охлаждается до температуры окружающей среды благодаря теплоотводам из никелевой фольги, которые прикрепляются к отрицательному электроду. Эта же самая никелевая фольга работает в качестве нагревателя, позволяющего разогреть все внутренности батареи до указанной выше температуры всего за 30 секунд.
Исследования показали, что такой метод зарядки при температуре от 49 до 60 градусов Цельсия с последующим быстрым охлаждением позволяет полностью избежать литиевой металлизации электродов. Более того, такая технология быстрой зарядки позволила провести 1700 циклов заряда за определенный промежуток времени. За это же время при температуре батареи в 20 градусов можно было произвести всего 60 циклов зарядки.
“Мы продемонстрировали, что за 10 минут вполне возможно закачать в батарею энергию, которой хватит на дистанцию 320-480 километров” – пишут исследователи, – “И новая батарея может обеспечить не менее 2500 тысяч циклов зарядки, что эквивалентно перемещению на половину миллиона миль, чего хватит обычному человеку практически на всю жизнь. А сейчас мы работаем над технологией, которая позволит производить зарядку батареи в два раза быстрее, за 5 минут, не нанося ей физического ущерба. Это требует разработки составов новых сверхстабильных электролитов и других активных материалов для различных элементов батареи. На это потребуется некоторое время, но мы уверены, что данная задача будет решена в недалеком будущем”.