Более быстрая зарядка электромобилей

Согласно труду опубликованном в прошлом номере журнала Nature, новый материал литий-ионного аккумулятора имеет специальное покрытие, которое позволяет ему иметь ток зарядки и разрядки в десятки раз выше, чем у существующих материалов.

Исследователь Гербранд Цедер (Gerbrand Ceder) считает, что батареи, использующее его технологию, могут появиться на рынке через два или три года.

Такой высокий зарядный ток новых батарей может сделать гибридные автомобили и электромобили более практичными, а также использоваться, чтобы запасать энергию ветра и солнца.

Аспирант массачусетского технологического института Биоунгву Кэнг (Byoungwoo Kang), соавтор этого исследования, считает, что в случае с автомобилями быстрая зарядка и разрядка особенно важна.

"Быстрая разрядка означает, что вы можете ускорять автомобиль, используя батарею", - заявляет Канг.

В настоящий же момент, для ускорения гибридно-электрических автомобилей используется двигатель внутреннего сгорания.

Такие батареи имеют большую ёмкость, однако имеют слишком низкий ток зарядки — проблема слишком медленных ионов лития несущих заряд через батарею. Принцип работы литий-ионного аккумулятора основан на перераспределении ионов лития между электродами, поэтому максимальный ток напрямую зависит от скорости их транспорта.

Устройство примитивного литий-ионного аккумулятора

Решение указали компьютерные вычисления

Примерно пять лет назад учёные проводили компьютерные вычисления и обнаружили, что ионы могут двигаться очень быстро.

"Однако мы не наблюдали этого в батареях, таким образом, должна была существовать другое препятствие быстрому движению".

В результате дальнейшего исследования они пришли к выводу, что ионы лития могут перемещаться быстро, однако они имеют проблемы при выходе и входе.

"Это походит на огромный дом с одной маленькой дверью", - поясняет Цедер.

Цедер и Канг постепенно производили небольшие изменения компонентов батареи, и в итоге пришли к формированию покрытия, которое позволяет ионам лития быстро входить и выходить.

Используя нанотехнологии, учёные разработали материал на основе железо-литиевого фосфата LiFePO₄, который обладает высокой подвижностью лития и благодаря этому обеспечивает высокие скорости разряда батарей. Хорошей новостью стало то, что эта основа уже давно используется в качестве в аккумуляторах.

Для исследования электрохимических свойств была собрана батарея с катодом из нового материала и литиевым анодом, аналогичная по конструкции литиевым аккумуляторам. Она заряжалась за 10 - 20 секунд (при использовании стандартных материалов – около шести минут).

Учёные считают, что поскольку индустриальные методы по производству литиевых батарей с непокрытым катодом уже существует, то батареи, использующие новое покрытие могут начать продаваться через два или три года.

В чашке Петри находится новый материал для батарей. Как видно, он подобен материалу, который уже используется в батареях.

Цедер отмечает, что добавить новое покрытие совсем не сложно.

"Оно создаётся, во время синтеза материала… Фактически оно даже не является дополнительным шагом".

Технология уже лицензирована двумя компаниями: бельгийской компанией Umicore, производящей материалы для батарей и неизвестным пока изготовителем батарей.

Однако это не означает, что люди сразу же смогут быстро заряжать электрические автомобили. Исследование указывает, что пятиминутная зарядка высасывала бы электричество быстрее, чем могла бы позволить электрическая розетка.

По материалам CBC News