Lithium -ion -batteridesign kan oplade et elektrisk køretøj på 10 minutter

Forskere har udviklet et litiumionbatteri, der oplades ved en forhøjet temperatur for at øge reaktionshastigheden, men holder cellen kølig under afladning, viser potentialet for at tilføje 200 miles af driving range til en elbil på 10 minutter. Hvis skaleret, designet er en potentiel strategi for at afhjælpe bekymringer om, at alle elektriske køretøjer mangler tilstrækkeligt krydstogtområde til sikkert at nå en destination uden at gå i stå midt på rejsen. Pennsylvania State University -forskerne præsenterer værket 30. oktober i tidsskriftet Joule .

Forskere har erkendt behovet for at designe elektriske bilbatterier, der kan oplades ekstremt hurtigt for at imødekomme chaufførernes behov. Imidlertid, sådan en hurtig opladningshastighed ville kræve et batteri til hurtigt at optage 400 kilowatt energi, en bedrift, som nuværende køretøjer ikke kan opnå, fordi det risikerer lithiumbelægning (dannelsen af ​​metallisk lithium omkring anoden), hvilket ville forringe batteriets levetid kraftigt.

Mens konventionelle lithiumbatterier oplades og aflades ved samme temperatur, forskerne fandt ud af, at de kunne omgå lithiumbelægningsproblemet ved at oplade batteriet til en forhøjet temperatur på 60 grader Celsius i et par minutter, derefter aflades det ved køligere temperaturer.

"Ud over hurtig opladning, dette design giver os mulighed for at begrænse batteriets eksponeringstid til den forhøjede opladningstemperatur, hvilket skaber et meget langt cyklusliv, "siger seniorforfatter Chao-Yang Wang, maskiningeniør ved Pennsylvania State University. "Nøglen er at realisere hurtig opvarmning; ellers, batteriet forbliver ved forhøjede temperaturer for længe, forårsager alvorlig nedbrydning. "

For at forkorte varmetiden og opvarme hele batteriet ved en ensartet temperatur, Wang og kolleger udstyrede et lithium-ion-batteridesign med en selvopvarmende nikkelstruktur, der forvarmes på mindre end tredive sekunder. For at teste deres model, de ladede tre grafitposeceller designet til hybridelektriske køretøjer ved 40, 49, og 60 grader Celsius, samt en kontrol ved 20 grader Celsius, ved hjælp af forskellige afkølingsstrategier til at opretholde konstante ladningstemperaturer. For at bekræfte, at lithiumbelægning ikke forekom, de udskrev senere cellerne fuldstændigt og åbnede dem til analyse.

Wang og teamet fandt ud af, at batterierne forvarmet til 60 grader Celsius kunne opretholde den ekstremt hurtige opladningsproces i 1, 700 cykler, mens kontrolcellen kun kunne holde trit i 60 cykler. Ved en gennemsnitlig opladningstemperatur mellem 49 og 60 grader Celsius, forskningen observerede ingen lithiumbelægning. Forskerne observerede også, at en øget ladningstemperatur i høj grad reducerede den nedkøling, der er nødvendig for at opretholde cellen ved dens oprindelige temperatur-kontrolcellen genererede 3,05 watt-timer, mens cellen på 60 grader Celsius kun genererede 1,7 watt-timer.

"I fortiden, det blev universelt antaget, at lithium -ion -batterier skulle undgå at arbejde ved høje temperaturer på grund af bekymring for accelererede sidereaktioner, "siger Wang." Denne undersøgelse tyder på, at fordelene ved reduceret lithiumbelægning ved forhøjet temperatur med begrænset eksponeringstid langt opvejer den negative virkning forbundet med forværrede bivirkninger. "

Forskerne bemærker, at teknologien er helt skalerbar, fordi alle cellerne er baseret på industrielt tilgængelige elektroder; og de har allerede demonstreret dets anvendelse i store celler, moduler, og batteripakker. Nikkelfolien øger omkostningerne for hver celle med 0,47%, men fordi designet eliminerer behovet for de eksterne varmeapparater, der bruges i nuværende modeller, det sænker faktisk omkostningerne ved at producere hver pakke.

Næste, Wangs team planlægger at tage deres design et skridt videre.

"Vi arbejder på at oplade et energitæt elbilsbatteri på fem minutter uden at beskadige det, "siger han." Dette vil kræve meget stabile elektrolytter og aktive materialer ud over den selvopvarmende struktur, vi har opfundet. "