В другой раз здесь, на FuturoProssimo, мы говорили о аккумулятор и многообещающие инновации, связанные с областью портативной энергетики. Проблемы, которые предстоит решить научным исследованиям, связаны с долговечностью батарей, подаваемой мощностью, их утилизацией и, конечно же, их стабильностью при воздействии экстремальных температур.
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего, возможно, нашли решение этой последней проблемы: батареи. литий-ионный высокой плотности, которые хорошо работают как при низких, так и при высоких температурах, но не теряют хороших характеристик (действительно).
Результаты, полученные от батарей
В тестах тестовые аккумуляторы они сохранили 87,5% и 115,9% своей энергоемкости при -40°С и +50°С соответственно. Кроме того, при этих температурах они зарегистрировали высокую кулоновскую эффективность, 98,2% и 98,7% соответственно, что означает, что батареи могут быть подвергнуты нескольким циклам зарядки, прежде чем они перестанут работать. Чжэн Чен, профессор наноинженерии Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего и старший автор исследования (что я ссылаюсь на вас здесь) пояснил:
Высокая температурная эффективность необходима в районах, где температура окружающей среды может достигать более 40-50°C, а на улицах еще жарче. В электромобилях аккумуляторные батареи обычно располагаются под полом, рядом с горячим асфальтом.
Затем Чен добавил, что «батареи нагреваются даже просто от прохождения тока при нормальной работе. Если батареи не в состоянии выдержать такой высокотемпературный нагрев, их производительность быстро снижается».
Химия новых аккумуляторов высокой плотности
Батареи высокой плотности, разработанные Ченом и его коллегами, благодаря своему электролиту выдерживают как холод, так и жару. Фактически это жидкий раствор дибутилового эфира, смешанного с солью лития. Особенностью дибутилового эфира является то, что его молекулы слабо связываются с ионами лития. Другими словами, молекулы электролита могут легко выделять ионы лития во время работы аккумулятора.
Это слабое молекулярное взаимодействие, как обнаружили исследователи в предыдущем исследовании, улучшает работу батареи при отрицательных температурах. Кроме того, дибутиловый эфир легко выдерживает нагревание, поскольку при высоких температурах остается жидким (у него температура кипения 141°С).
Еще одна особенность этого электролита? Он совместим с литий-серными батареями, типом перезаряжаемой батареи с литий-металлическим анодом и серным катодом. Литий-серные батареи являются неотъемлемой частью технологий следующего поколения, поскольку они обещают более высокую плотность энергии и более низкие затраты. Можно хранить до XNUMX раз больше энергии на килограмм по сравнению с нынешними литий-ионными батареями: это может удвоить запас хода электромобилей без увеличения веса аккумуляторной батареи. Кроме того, сера более распространена и ее менее проблематично добыть, чем кобальт, используемый в катодах традиционных литий-ионных батарей.
Фантастика! Но есть НО...
Однако литий-серные батареи создают проблемы. И катод, и анод являются сверхреактивными. Серные катоды настолько реактивны, что растворяются во время работы батареи. Эта проблема усугубляется при высоких температурах. Кроме того, литий-металлические аноды склонны к образованию игольчатых структур, называемых дендритами, которые могут прокалывать части батареи, вызывая ее короткое замыкание. В результате литий-серные батареи служат лишь до десятков циклов.
Новые аккумуляторы высокой плотности: перспективы
Таким образом, эти батареи высокой плотности могут позволить электромобилям в холодном климате путешествовать дольше без подзарядки; они также могут уменьшить потребность в системах охлаждения, чтобы предотвратить перегрев автомобильных аккумуляторных батарей в жарком климате.
Посмотрим, найдет ли эта технология место в том, что становится настоящей гонкой по созданию батареи, способной произвести революцию в мире электромобилей. Каждое опубликованное исследование, безусловно, представляет собой важный шаг на пути к переходу на электричество и, мы надеемся, также к большей устойчивости.
