Улучшенная технология для аккумуляторов электромобилей

Tesla Model S - новая любимая модель электромобилей, но недавно она пережила три последовательных пожара (в том числе 60 киловатт-часов и 85 киловатт-часов для обеих версий с аккумулятором), и подробная причина пожара все еще расследуется.

Благодаря новым технологиям и использованию легких материалов аккумулятор в ModelS разгоняется от 0 до 100 км / ч всего за 4,4 секунды. Из-за активной природы этих материалов литиевые батареи в автомобиле нуждаются в комплексных мерах защиты. Литиевый аккумулятор в автомобиле весит 500 фунтов и расположен на шасси автомобиля. Он такой же ширины, как и колесная база, и немного короче колесной базы. Фактический физический размер аккумуляторной батареи составляет 2,7 метра в длину, 1,5 метра в ширину и от 0,1 метра до 0,18 метра в толщину. Более толстая часть в 0,18 метра обусловлена наложением двух аккумуляторных модулей. Этот физический размер относится к общему размеру аккумуляторной батареи, включая верхнюю и нижнюю, левую и правую, а также переднюю и заднюю упаковочные панели. Этот аккумуляторный блок имеет универсальную конструкцию. В дополнение к ячейке типа 18650 могут быть установлены и другие подходящие ячейки. Кроме того, аккумуляторная батарея должна быть герметичной и изолированной от воздуха. Большинство используемых материалов - это алюминий или алюминиевый сплав. Можно сказать, что аккумулятор является не только энергоцентром, но и частью шасси ModelS. Его прочная оболочка может сыграть хорошую роль в поддержке автомобиля.

Но даже тогда он загорелся, поэтому исследователям необходимо ускорить разработку нового поколения аккумуляторных технологий для электромобилей.

Этим летом программа перспективных исследований Министерства энергетики США APRA-E инвестировала 36 миллионов долларов, чтобы помочь исследователям заложить прочную основу для разработки конструкций батарей следующего поколения. В их число входят 22 технологических проекта, цель которых - сделать электромобили более эффективными и менее дорогостоящими.

Никель-гидридный аккумулятор: от гибрида к чисто электрическому автомобилю

Один из многих исследователей аккумуляторов, Михаил Фельценко, инженер-химик из BASF, получил финансирование от APRA-E, чтобы попытаться распространить технологию никель-цинковых аккумуляторов, первоначально использовавшуюся в гибридных автомобилях, на чисто электромобили.

Как правило, никель-металлогидридные батареи имеют плотность энергии 1 кВтч / кг. Чтобы применить его к чистым электромобилям, BASF должен увеличить удельную энергию никель-металлогидридных батарей до 30-50 киловатт-часов на килограмм. Ключ к успеху этого приложения заключается в том, может ли оно увеличить удельную энергию никель-металлогидридных батарей до желаемого значения и снизить затраты.

Одним из возможных способов достижения этой цели является замена редкоземельных элементов, необходимых в батарее. Редкоземельный элемент - собирательное название. В этой группе 17 видов элементов. Причина, по которой назван редкоземельный элемент, заключается не в его небольших запасах, а в том, что он в основном присутствует в шахтах и будет стоить больших денег в процессе разработки. В традиционных никель-металлогидридных батареях более 50% энергии вырабатывается за счет реакции редкоземельных элементов. Однако производительность хранения таких элементов оставляет желать лучшего.

Для решения этой проблемы компания BASF попыталась использовать недорогие гидрогенизированные сплавы металлов. Профессор Феценко считает, что этот материал может улучшить химические свойства никель-металл-водородных аккумуляторов и снизить их стоимость. Однако для чисто электрических транспортных средств легкого улучшения химических свойств никель-металл-водородных батарей недостаточно для замены литиевых батарей, потому что литиевые батареи также имеют важную особенность - легкий вес или низкую плотность.

Цинково-воздушная батарея: от слуховых аппаратов до автомобилей

По данным калифорнийской компании EnZincc, воздушно-цинковые батареи станут лидером в разработке аккумуляторных батарей для электромобилей следующего поколения. Майкл Бурц, глава исследовательской группы компании, сказал, что следующее поколение аккумуляторов для электромобилей должно состоять из трех компонентов: высокой производительности, безопасности и низкой стоимости. Он и его команда пытаются изменить конструктивную схему / архитектуру батареи, чтобы достичь этих трех пунктов.

Он отметил, что структура батареи не менялась более 100 лет, и люди до сих пор не могут мыслить нестандартно. Так называемая архитектура батареи включает три элемента: положительный, отрицательный и электролитный. Положительный полюс высвобождает электроны, а отрицательный полюс принимает электроны. Положительный и отрицательный полюса разделены электролитом, который действует как среда для свободного потока ионов.

В литий-ионных батареях ионы лития движутся отрицательно к соединениям на основе углерода от положительного электрода оксида лития и используют органические электролиты. Цинково-воздушные батареи разные. Положительный электрод использует углерод для поглощения кислорода из воздуха, а отрицательный электрод представляет собой сплав цинка. Цинк также является безвредным веществом, и его побочным продуктом в батареях является оксид цинка, который является основным компонентом солнцезащитного крема.

Благодаря вышеуказанным методам воздушно-цинковые батареи могут достигать трех характеристик: высокая эффективность, низкая стоимость и безопасность.

В таком случае, почему бы не популяризировать технологию сейчас? Это воздушно-цинковые батареи, которые нельзя перезарядить. Вот почему в настоящее время он используется только в небольших устройствах, таких как слуховые аппараты. Чтобы зарядить воздушно-цинковые батареи, EnZinc разработала новый план по помещению обычного кислорода и металлического цинка в щелочные электролиты, генерируя ток за счет реакции окисления цинка, а после перезарядки кислород и цинк можно регенерировать. Таким образом, цикл продолжается и продолжается, увеличивая удельную энергию батареи.

Новый подход: потеря веса батареи

Есть много направлений развития аккумуляторных батарей для электромобилей. Некоторые исследователи сосредотачиваются на повышении плотности энергии и производительности, в то время как другие сосредотачиваются на снижении веса батарей. Например, профессор Габриэль Вейт из Национальной лаборатории Окриджа в США и его команда изучают, как снизить вес систем защиты аккумуляторных батарей.

Габриэль Вейт - ученый-материаловед, который надеется разработать легкий электролитный материал, который функционирует как система безопасности батареи.

Вейт объяснил: «Когда электромобиль разбивается, материал претерпевает фазовые переходы, затрудняющие проникновение». Эта черта может решить проблему недавнего возгорания батареи Tesla. Задача команды в настоящее время состоит в том, чтобы повысить быстродействие материала. Вейт сказал: «Если фазовый переход произойдет всего через пять минут после столкновения электромобиля, то в этом нет никакого смысла».

Страница содержит содержимое машинного перевода.