Электромобиль полностью заряжается всего за одну минуту?

Вещество, которое кажется недоступным для батареи, стало ключом к преодолению узких мест в технологии батарей. Исследователи из Nanotek Instruments, Inc., США, разработали новый тип накопителя энергии, который использует ионы лития для быстрого перемещения большого количества движения между поверхностью графена и электродом, сокращая время, необходимое для зарядки аккумулятора от от нескольких часов до менее минуты. Исследование было опубликовано в недавнем выпуске нано-писем.

Эффективность зарядки аккумулятора становится самой большой проблемой для разработки электромобилей

Как мы все знаем, электромобили рассматриваются как будущее направление развития автомобилей из-за их чистых и энергосберегающих характеристик, но основным техническим узким местом, с которым сталкивается разработка электромобилей, является технология аккумуляторов. Это в основном проявляется в следующих аспектах: во-первых, плотность накопленной энергии батареи относится к количеству энергии, хранящейся в определенном пространстве или в массиве материала, и проблема, которую необходимо решить, заключается в том, насколько электромобиль заряжается один раз. Во-вторых, производительность зарядки аккумулятора. Люди надеются, что зарядка электромобиля может быть завершена за несколько минут, как заправка топливом, но трудоемкая проблема всегда является препятствием, которое трудно преодолеть с помощью аккумуляторных технологий. Часы зарядки часто отпугивают многих людей, интересующихся электромобилями. Поэтому некоторые люди называют производительность зарядки аккумуляторов электромобилей настоящим узким местом в разработке электромобилей.

В настоящее время в аккумуляторной технологии в основном используются литиевые батареи и суперконденсаторы, а литиевые батареи и суперконденсаторы имеют разную длину. Литий-ионные батареи имеют высокую плотность хранения энергии от 120 Вт / кг до 150 Вт / кг, а суперконденсаторы имеют низкую плотность хранения энергии 5 Вт / кг. Однако литиевые батареи имеют низкую удельную мощность - 1 кВт / кг, а суперконденсаторы - 10 кВт / кг. Большое количество исследовательских работ в настоящее время сосредоточено на повышении плотности мощности литий-ионных батарей или увеличении плотности накопления энергии суперконденсаторов, но проблемы огромны.

Новое исследование обходит эту проблему за счет использования магического материала графена. Графен стал первым выбором для нового оборудования для хранения энергии, потому что он имеет следующие характеристики: это материал с самой высокой проводимостью, которая в пять раз выше, чем у меди; он имеет сильную теплоотдачу; низкая плотность, в четыре раза ниже, чем у меди, и более легкий вес. Когда площадь поверхности вдвое больше, чем у углеродных нанотрубок, прочность превышает прочность стали; сверхвысокий модуль Юнга и высочайшая собственная прочность; удельная поверхность (то есть общая площадь на единицу массы материала) высокая; реакция смещения протекает нелегко.

Новое оборудование позволяет полностью заряжать электромобили менее чем за 1 минуту

Новое устройство накопления энергии, также известное как литий-ионно-обменная батарея с графеновой поверхностью или просто поверхностно-опосредованная батарея (SMCS), сочетает в себе преимущества литиевых батарей и суперконденсаторов, сочетая при этом высокую плотность мощности и высокую плотность накопления энергии. . Хотя современное оборудование для накопления энергии еще не использует оптимизированные материалы и конструкции, его характеристики превзошли литий-ионные батареи и суперконденсаторы. Плотность мощности нового устройства (т. Е. Максимальная выходная мощность батареи, деленная на вес или объем всей системы топливных элементов) составляет 100 кВт / кг, что в 100 раз выше, чем у коммерческих литий-ионных батарей, и в 10 раз. выше суперконденсаторов. Плотность мощности высока, скорость передачи энергии высока, а время зарядки сокращено. Кроме того, новая батарея имеет плотность хранения энергии 160 Вт / кг, что сопоставимо с коммерческими литий-ионными батареями и в 30 раз выше, чем у обычных суперконденсаторов. Чем больше плотность хранения энергии, тем больше энергии сохраняется.

Ключом к SMC является очень большая поверхность графена на катоде и аноде. При изготовлении батарей исследователи поместили на анод металлический литий. При первом разряде металлический литий ионизируется и мигрирует к катоду через электролит. Ионы проходят через небольшие отверстия в поверхности графена и достигают катода. Во время процесса зарядки из-за большой площади поверхности графенового электрода большое количество ионов лития может быстро мигрировать от катода к аноду, образуя высокую плотность мощности и высокую плотность энергии. Исследователи объяснили, что обмен ионами лития на поверхности пористого электрода может сократить время, необходимое для процесса интеркаляции. В ходе исследования исследователи подготовили различные типы графеновых материалов, такие как оксид графена, однослойный графен и многослойный графен, чтобы оптимизировать конфигурацию материала устройства. Следующим шагом будет сосредоточение внимания на циклическом сроке службы батареи. Текущее исследование показывает, что после 1000 раз зарядки можно сохранить 95% емкости; после зарядки 2000 раз кристаллической структуры обнаружено не было. Исследователи также планируют изучить влияние различных механизмов хранения лития на производительность устройства.

Исследования показали, что при том же весе только литиевая батарея заменяется на SMC, который не был оптимизирован, а расстояние движения электромобиля SMC или литий-ионной батареи такое же, но время зарядки SMC равно менее одной минуты, в то время как литий-ионная батарея должна считаться час. Исследователи считают, что после оптимизации производительность SMC улучшится.

Если электромобиль будет широко популярен в будущем, зарядная станция будет установлена на заправочной станции, и в результате получится очень интересная сцена, то есть время зарядки электромобиля будет быстрее, чем заправка, и это дешевле, чем заправка. Исследователи заявили, что помимо электромобилей это оборудование также может использоваться для хранения возобновляемой энергии (например, для хранения солнечной и ветровой энергии) и умных сетей.

Страница содержит содержимое машинного перевода.