Новые литий-ионные аккумуляторы выдерживают быструю зарядку без деградации

Ученые разработали новую конструкцию литий-ионного аккумулятора для автомобиля, которая позволяет ему накапливать 400 кВт энергии за 10 минут без ухудшения работоспособности.

Одной из главных проблем электромобилей является их длительная зарядка, и на фоне роста их популярности ученые начали активно искать пути ее решения. Давно известно, что процесс можно ускорить путем повышения температуры аккумулятора, но из-за этого анод может покрыться металлическим литием, что существенно сократить срок его службы.

Однако исследователи из Университета штата Пенсильвания обнаружили, что проблему можно решить, если аккумулятор будет заряжаться при 60 °C, а затем разряжаться при более низкой температуре. Это позволяет не только ускорить процесс, но и избежать деградации.

Для этого они оснастили литий-ионное устройство никелевой структурой, которая самостоятельно разогревается менее чем за 30 секунд. В ходе экспериментов они повышали температуру аккумуляторов до 40, 49 и 60 °C и испытывали различные стратегии охлаждения для поддержания постоянной температуры, сверяя показатели с контрольным образцом, постоянно работающим при 20 °C.

Команда установила, что предварительно нагретые до 60 °C устройства могут выдержать чрезвычайно быстрый процесс зарядки в течение 1700 циклов, в то время как контрольное выдержало только 60 циклов. Они определили, что при зарядке в интервале между 49 и 60 °C литиевое покрытие не образуется. Исследователи также заметили, что повышенная температура зарядки уменьшила охлаждение, необходимое для поддержания первоначальной температуры элемента.

Технологию можно легко внедрить в действующее производство, поскольку для модификации не требуется внутренних изменений, а никелевая фольга повышает себестоимость конструкции на 0,47%, но позволяет сэкономить на дополнительных модулях нагрева.