Как увеличить плотность аккумулятора: Как повысить плотность электролита в аккумуляторе. Самостоятельно, зарядным устройством и без него. Простые шаги

Как самостоятельно повысить плотность электролита

Аккумуляторы нужны в автомобиле не только для того, чтобы запускать двигатель. Они требуются для питания всех электрических

приборов в машине во время выключенного зажигания. Но многие владельцы авто забывают о включенных устройствах на долгое время. Это приводит к тому, что батарея быстро садится. Некоторые водители умудряются заводить авто при разряженном аккумуляторе, но таких экстренных запусков двигателя лучше избегать. Необходимо просто зарядить аккумулятор, чтобы восстановить его характеристики. Как это правильно сделать, можно узнать по этой ссылке.

На работу и состояние батареи влияет такой показатель, как плотность электролита. От этого зависит способность батареи сохранять накопленную энергию (ее количество и продолжительность удерживания). Когда автомобильная аккумуляторная батарея полностью разряжается, необходимо вернуть ей работоспособность с помощью специального зарядного устройства. Возможно, перед этой процедурой потребуется долить дистиллированную воду, так как она испаряется в процессе эксплуатации (происходит электролиз и вода распадается на водород и кислород). Но стоит учитывать некоторые нюансы этого процесса. Добавление воды приводит к понижению плотности электролита. Это свидетельствует о том, что содержание серной кислоты уменьшается. В дальнейшем батарею с низкой плотностью нельзя нормально эксплуатировать. Чтобы избежать этого, нужно повысить показатель плотности. Игнорировать его ни в коем случае нельзя.

Увеличить плотность электролита можно и самостоятельно. Для этого нужно выполнить определенные действия. Нужно подготовить емкость, в которую придется сливать старый электролит. Потребуются и средства личной защиты, например, перчатки. Работать с электролитом нужно аккуратно. Необходимо подготовить клизму-грушу, ареометр, стакан. В качестве расходных материалов берут электролит, дистиллированную воду. Аккумулятор снимают с автомобиля и убирают защиту. Его также стоит очистить от различных загрязнений (потеки масла и электролита, пыль, грязь). Легко это сделать можно с помощью технической салфетки и раствора уксуса. Работать нужно также в резиновых перчатках, чтобы не получить химический ожог.

Внутри банок придется всю жидкость заменить. Для этого открывают все пробки и с помощью груши сливают электролит. Эту жидкость нельзя выливать на землю. В пустые банки заливают дистиллированную воду, потом устройство трясут и все выливают. В пустые банки заливают до указанного уровня новый электролит, который продается в автомагазинах. После этого банки закрывают, и аккумулятор подключают к зарядному устройству. Для этого используется цикл «зарядка-разрядка», при этом сила тока не должна быть больше 0,1 Ампер. Делать такую процедуру нужно до того времени, пока электролит не приобретет нужные характеристики. С помощью аэрометра можно выполнять замеры плотности и контролировать их.

Как повысить плотность аккумулятора?

Говоря о необходимости повысить плотность аккумулятора, мы, конечно же, имеем в виду плотность электролита в аккумуляторных батареях. Повернул ключ два-три раза, и все – стартер не крутит. Особенно если зажигание не отрегулировано.

Вам понадобится

• — ареометр,
• — электролит,
• — зарядное устройство

Инструкция

В подобных случаях, прежде всего, проверьте, достаточно ли заряжен ваш аккумулятор.

Если он долго стоял на хранении, снятый с автомобиля, вполне возможно АКБ потеряла свой заряд.

Это явление называется саморазрядом. Потеря заряда АКБ может быть и на эксплуатируемом автомобиле при определенном режиме движения.

С понижением заряда батареи падает и плотность электролита. Эти два показателя тесно взаимосвязаны. Поставьте аккумулятор на зарядку, и вы повысите плотность. Не забудьте открыть пробки.

Учтите, чем меньшим током вы будете заряжать вашу батарею, тем полнее и глубже вы зарядите аккумулятор. Для «55-го», например, оптимальным будет ток 2.75 А.

Проверьте плотность заряженной батареи. Если по истечении 10-12 часов ее плотность не достигла показаний 1.27 – 1.28 г/куб. см, вы не наблюдали кипения и выделения газов из банок АКБ – переходите к повышению плотности доливом свежего электролита.

Для этого с соблюдением всех мер предосторожности резиновой грушей или тем же ареометром поочередно из каждой банки забирайте электролит и сливайте в какую-нибудь стеклянную посудину. Чтобы не переводить впустую свежий электролит, заберите и вылейте, в зависимости от потери плотности, из банки сразу несколько всасываний.

Восполняйте объем приготовленным свежим электролитом плотностью 1.4 г/куб. см и периодически замеряйте изменяющуюся плотность. Стремитесь к равным показателям во всех аккумуляторных банках.

По окончании операции и окончательных замеров электролит в банках необходимо перемешать. Для этого поставьте аккумулятор вновь на зарядку малым током, не давая кипеть. Перемешиваться электролит будет и в аккумуляторе, установленном на автомобиле с работающим двигателем.

Оцените статью!

замерка плотности электролита и доливка

Наступил зимний сезон, и многие автолюбители стали замечать различные неполадки в своих автомобильных аккумуляторах.

Дело в том, что из-за минусовых температур АКБ разряжается намного быстрее. Когда вы также столкнулись с подобной проблемой, и ваш аккумулятор моментально разряжается, тогда не торопитесь искать ему замену.

Возможно, данную проблему получится решить методом поднятия плотности АКБ. Благодаря этому вы сможете увеличить срок службы своего аккумулятора.

Как замерить плотность электролита?

Вначале стоит сказать, что измерения плотности электролита выполняются посредством ареометра. Такое приспособление можно легко отыскать на полках многих автомагазинов.

По поводу эталонной величины, то для южных регионов нашей страны стандартной является плотность, которая равна 1,25 г/см3. Для северной части России норма плотности равняется 1,29 г/см3. Теперь, зная эти показатели, вы легко сможете измерить плотность электролита в собственном аккумуляторе и выяснить, все ли нормально с данным значением.

Также нужно запомнить, что разница измерений должна быть не больше чем 0,01. Когда же после измерений вы выяснили, что ваша аккумуляторная батарея имеет плотность 1,19 г/см3, тогда следует произвести доливку электролита (внутрь банок АКБ).

Как правильно делать доливку электролита?

Данную процедуру именуют частичной заменой электролита. Для чего используют частичную замену электролита?

Связано это с тем, что полная замена указанного вещества производится лишь в ситуации, когда электрические аккумуляторы вообще не держат заряд. При этом после такой процедуры АКБ прослужит совсем не долго.

Потому для более щадящего метода восстановления аккумулятора советуем использовать частичную замену электролита.

Значит, вначале требуется слить с АКБ определенный объем жидкости. Для данных целей может использоваться обычная резиновая груша. Не торопитесь с этой процедурой, и строго придерживайтесь правил по технике безопасности.

Вы должны знать, что попадание подобной жидкости на вашу кожу может привести к серьезным химическим ожогам, потому что в ней содержатся примеси кислоты. Для стандартной замены достаточно слить около 2/3 старой жидкости.

Затем производят заливку новой смеси электролиты на ru.all.biz. Следует отметить, что заливать новый электролит нужно меньшим объемом (как минимум вдвое меньше, чем объем выкаченной жидкости). Далее нужно измерить уровень электролита в аккумуляторе и при надобности долить еще. Подобным методом вы легко достигнете требуемого значения.

Когда же плотность АКБ так и не получилось увеличить, тогда можно применить обыкновенную аккумуляторную кислоту (смесь, которая применяется для изготовления электролита посредством смешивания его с водой). Она отлично подойдет в качестве вещества для доливки. Однако следует запомнить, что всегда нужно доливать кислоту в воду, а не наоборот.

Ни при каких обстоятельствах не переворачивайте аккумулятор! Ведь это может стать причиной разрушения внутренних пластин, что приведет к полному выходу вашего аккумулятора из строя.

Как увеличить плотность электролита

Если стартер автомобиля еле крутится, то стоит проверить плотность электролита в аккумуляторе. Для этого достаточно специального ареометра. Если плотность электролита окажется недостаточной, то необходимо предпринять ряд мероприятий по реанимации аккумулятора – подзарядить его и увеличить плотность электролита.Вам понадобится

Подзарядите и установите на автомобиль аккумулятор. Параллельно клеммам аккумулятора подключите автотестер, включенный в режиме вольтметра. Стрелка автотестера должна стоять в желтой зоне. Мультиметрдолжен показать напряжение 11,9 – 12,5 вольта.

Заведите двигатель, выведите его обороты на 2,5 тыс.об. в мин. Замеряйте напряжение на клеммах аккумулятора. При проверке автотестером в режиме вольтметра, стрелка должна быть в зеленом секторе. Мультиметр должен показать напряжение 13,9 – 14,4 Вольта. Если напряжение не изменилось, значит, отсутствует ток зарядки и автомобиль требует ремонта, а аккумулятор зарядки. Заряжайте аккумулятор током, значение которого (в Амперах) в 10 раз меньше емкости батареи (в Ампер*час) в течение 10 часов. Последующие 2 часа зарядку производите током (в Амперах), меньшим от емкости батареи (в Ампер*час) в 20 раз. Например, при емкости батареи 60 ампер*часов первый ток зарядки равен 6 амперам, второйравен 3 амперам. (Второй режим является уравнительным, используется для выравнивания плотности электролита во всех банках аккумулятора).
Заряжайте аккумулятор, пока не начнется интенсивное газовыделение во всех банках.

Если при проверке на автомобиле с заведенным двигателем напряжение на клеммах аккумулятора поднялось выше 14,4 вольта, значит, реле-регулятор автомобиля неисправен и требует ремонта, а электролит в аккумуляторе постоянно сильно выкипал. Так как в таких случаях электролит буквально выплескивается, а добавляют в аккумуляторы для выравнивания уровня электролита только дистиллированную воду, ничего удивительного в низком уровне плотности электролита нет. В таком случае полностью зарядите аккумулятор и выровняйте плотность электролита в банках, отливая старый и слабый электролит и добавляя свежий. Делайте эту операцию только на полностью заряженном аккумуляторе, ориентируйтесь по напряжению на клеммах, которое при выключенном и отсоединенном зарядном устройстве должно составить12,7 Вольта.

Крепкий напиток помогает увеличить удельную энергию органической твердотельной батареи

Микроструктура с добавлением растворителя увеличила удельную энергию катода до 300 Втч / кг, с чуть менее 180 Втч / кг для микроструктуры с сухим смешиванием, за счет значительного улучшения степени использования активного материала. Изображение: Университет Хьюстона.

На сегодняшний день электромобили (электромобили) составляют лишь около 2% транспортных средств на дорогах, но, по прогнозам, к 2030 году этот показатель вырастет до 30%. Ключевым шагом на пути повышения коммерциализации электромобилей является повышение плотности гравиметрической энергии в их батареях, измеряемых в ватт-часах на килограмм (Втч / кг), используются более безопасные, легко перерабатываемые материалы, которых много.Литий-металлические аноды, а не обычные графитовые аноды, считаются «святым Граалем» для повышения плотности энергии аккумуляторов электромобилей в гонке за достижение более конкурентоспособной плотности энергии на уровне 500 Вт · ч / кг.

Ян Яо, профессор электротехники и компьютерной инженерии в Калленском инженерном колледже Хьюстонского университета (UH), и докторант UH Джибо Чжан вместе с коллегами из Университета Райса решают эту задачу. В статье

Joule Чжан, Яо и их команда сообщают о двукратном улучшении плотности энергии для твердотельных литиевых батарей на органической основе за счет использования процесса с добавлением растворителей для изменения микроструктуры катода.

«Мы разрабатываем недорогие катодные материалы на органической основе без содержания кобальта, содержащие большое количество земли, для твердотельных аккумуляторов, которые больше не будут нуждаться в редких переходных металлах, обнаруживаемых в шахтах», — сказал Яо. «Это исследование является шагом вперед в увеличении плотности энергии аккумуляторных батарей электромобилей с использованием этой более экологичной альтернативы». Яо также является главным исследователем Техасского центра сверхпроводимости в UH (TcSUH).

Все батареи содержат анод, также известный как отрицательный электрод, и катод, также известный как положительный электрод, разделенные пористой мембраной.Ионы лития проходят через ионный проводник — электролит, который позволяет заряжать и разряжать электроны, которые генерируют электричество, скажем, для транспортного средства.

Электролиты обычно жидкие, но они также могут быть твердыми, что является относительно новой концепцией. Эта новинка в сочетании с литий-металлическим анодом может предотвратить короткое замыкание, повысить плотность энергии и ускорить зарядку.

Катоды обычно определяют емкость и напряжение батареи и часто являются самой дорогой частью из-за использования дефицитных материалов, таких как кобальт.Но такие катоды на основе кобальта демонстрируют отличные характеристики, что привело к их широкому использованию в твердотельных батареях. Лишь недавно литиевые батареи на основе органических соединений (OBEM-Li) стали более распространенной и чистой альтернативой, которую легче перерабатывать.

«Существует серьезная проблема, связанная с цепочкой поставок литий-ионных батарей в Соединенных Штатах, — сказал Яо. «В этой работе мы показываем возможность создания литиевых батарей с высокой плотностью энергии путем замены катодов на основе переходных металлов органическими материалами, полученными либо на нефтеперерабатывающем заводе, либо на биоперерабатывающем заводе, оба из которых имеют самые большие мощности в мире.«

Катоды на основе кобальта могут генерировать 800 Втч / кг удельной энергии на уровне материала или напряжения, умноженного на емкость, как и батареи OBEM-Li, которые впервые были продемонстрированы командой в более раннем исследовании. Но предыдущие батареи OBEM-Li были ограничены низкой массовой долей активных материалов из-за неидеальной микроструктуры катодов, что ограничивало их общую плотность энергии.

Яо и Чжан раскрыли, как улучшить плотность энергии в батареях OBEM-Li за счет оптимизации микроструктуры катода для улучшения переноса ионов.Для этого они изменили микроструктуру катодного органического пирен-4,5,9,10-тетраона (ПТО) знакомым растворителем — этанолом.

«Катоды на основе кобальта часто отдают предпочтение, потому что микроструктура по своей природе идеальна, но формирование идеальной микроструктуры в твердотельной батарее на органической основе является более сложной задачей», — сказал Чжан.

На уровне электрода микроструктура с добавлением растворителя увеличила плотность энергии до 300 Втч / кг с чуть менее 180 Втч / кг для микроструктуры с сухим смешиванием, за счет значительного повышения степени использования активного материала.Раньше количество активных материалов можно было увеличить, но процент использования все еще был низким, около 50%. Благодаря участию Чжана коэффициент использования увеличился до 98%, что привело к более высокой плотности энергии.

«Первоначально я исследовал химические свойства PTO, которые, как я знал, будут окислять сульфидный электролит», — сказал Чжан. «Это привело к дискуссии о том, как мы могли бы использовать преимущества этой реакции. Вместе с коллегами из Университета Райса мы исследовали химический состав, пространственное распределение и электрохимическую обратимость межфазной поверхности катод-твердый электролит, что может дать нам намекает на то, почему аккумулятор может так хорошо работать без потери емкости.«

За последние 10 лет стоимость аккумуляторных батарей для электромобилей снизилась почти до 10% от их первоначальной стоимости, что сделало их коммерчески жизнеспособными. Так что за десятилетие может произойти многое. Это исследование является поворотным шагом в процессе создания более экологичных электромобилей и трамплином для исследований в следующем десятилетии.

Этот рассказ адаптирован из материалов Хьюстонского университета с редакционными изменениями, внесенными Materials Today. Взгляды, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Elsevier.Ссылка на первоисточник.

Технология электромобилей, которая увеличит диапазон, стоимость и воздействие на окружающую среду

Поскольку большинство хрустальных шаров указывают на надвигающийся безумный рывок к широкому распространению электромобилей, научно-исследовательское сообщество работает сверхурочно, чтобы решить острые проблемы, ограничивающие проникновение на рынок электрических розеток. в транспортных средствах составляет около 4 процентов мировых продаж легковых автомобилей: недостаточный ассортимент или сырье, а также слишком большая масса и стоимость. Вот несколько ключевых достижений, на которые следует обратить внимание в технологии аккумуляторов, топливных элементов и электродвигателей.

Battery Tech

Сегодняшние литий-ионные батареи в основном используют литий-никель-марганцевый оксид кобальта с жидким или гелевым электролитом. Этот материал может замерзнуть или загореться, могут образоваться шипы литиевых «дендритов» и вызвать короткое замыкание, если аккумулятор заряжается слишком быстро, а кобальт является редким, дорогим и все труднее получить этически. Литий-железо-фосфатный химический состав исключает кобальт и менее подвержен перегреву и взрыву.Оксид лития-марганца также обещает лучшую температурную стабильность и безопасность. Замена графитовых электродов в большинстве батарей в настоящее время обещает повысить плотность энергии, и Тесла намекнул на новую конструкцию электродов с использованием кремниевых нанопроволок, которые могут повысить гравиметрическую плотность энергии с сегодняшних 254 Втч / кг до 400.

Твердотельные батареи , использующие керамические или другие твердые электролиты обычно устраняют риск возгорания, улучшают плотность энергии и позволяют сверхбыструю перезарядку.В конструкции QuantumScape используется простой токоприемник вместо анода для экономии веса; прототипы в настоящее время поставляют 400 Втч / кг, из которых обещано 600. Его керамический сепаратор обещает выдержать скорость перезарядки, примерно равную времени, которое вы потратите на заправку бензобака. Solid Power совместно с Ford и BMW занимается разработкой химии железа и серы; Основатель несуществующей Sakti3 работает над твердотельными батареями для Fisker. И мы слышим, что Samsung разрабатывает твердотельную батарею с серебристо-углеродным анодом.

Еще одна важная разработка — беспроводное управление батареями, которое обещает заменить тяжелую и дорогостоящую медную проводку более быстрой связью Wi-Fi.Сообщается, что все батареи GM Ultium будут иметь такую ​​систему. Что касается доступности материалов, мы наблюдаем за усилиями по разработке зоны Кларион-Клиппертон в Тихом океане, которая усеяна рыхлыми полиметаллическими конкрециями размером с картофель, состоящими из 29,2% марганца, 1,3% никеля, 1,1% меди и 0,2% кобальта. . Стартовый комплект виртуального электромобиля.

Просмотреть все 4 фотографии

Топливные элементы

В большинстве автомобильных топливных элементов используется протонообменная мембрана — они компактны, легки и работают при комфортных температурах.Но им нужна влажность (что создает проблемы с управлением водными ресурсами и замораживанием), и им требуется достаточно чистый водород. В обозримом будущем серийные автомобили будут использовать эти системы. Существуют топливные элементы, которые могут напрямую извлекать водород из метанола, но они производят CO2 и теперь используются только в промышленных приложениях, таких как вилочные погрузчики. Третий тип — это проточная батарея, в которой электролит, содержащий один или несколько растворенных электроактивных элементов, протекает через электрохимический элемент, который обратимо преобразует химическую энергию непосредственно в электричество, истощая электролит.Затем отработанный электролит необходимо повторно активировать, либо подключив его и закачав обратно через проточную ячейку, либо заменив его свежим электролитом и повторно включив электролит за бортом. Компания NanoFlowcell из Лихтенштейна разработала компактный спортивный автомобиль под названием Quantino, оснащенный проточной ячейкой, но не объявила о производственном партнере. Возможно, больший интерес в области топливных элементов представляют технологические подходы к производству, выделению, хранению и транспортировке водорода.

Electric Motor Tech

Продолжаются обширные исследования, направленные на повышение стоимости, веса и эффективности электродвигателей. Китай производит 95 процентов редкоземельных материалов в постоянных магнитах, но финансирование из программы REACT Министерства обороны (Альтернативы редкоземельных элементов в критических технологиях) дало три многообещающих результата: Университет Миннесоты разработал мощный и недорогой магнит из нитрида железа, Лаборатория Эймса Университета Северного Техаса изучает церий как более распространенную замену неодима, а в Аргоннской национальной лаборатории в разработке есть «обменный пружинный» магнит, наука о котором совершенно непостижима для не докторов наук (счастливый поиск в Google).

Расположение магнитов также имеет большое значение. Большинство двигателей размещают их так, чтобы их полюса север-юг выходили из оси вращения с зазором между ротором и статором, параллельным оси. В новом классе двигателей с осевым потоком, иногда называемых «двигателями-блинами», полюса расположены параллельно, а зазор перпендикулярен оси вращения. Это отодвигает магниты дальше от оси вращения, что увеличивает их усилие (и, следовательно, крутящий момент), и легче управлять нагревом.Двигатель с осевым потоком в новом McLaren Artura PHEV, как утверждается, на 33 процента более энергоемкий, чем тот, который используется в гибридном гиперкаре McLaren P1.

Реактивные двигатели могут обходиться без постоянных магнитов или обмоток ротора в целом, и они обеспечивают высокую удельную мощность при низкой стоимости, но более шумны и страдают «пульсацией крутящего момента» (небольшое прерывание крутящего момента при переключении между полюсами). Но так же, как последние достижения в области электроники упростили управление синхронными реактивными двигателями, концепция импульсной мощности от Tula Technologies обещает устранить или скрыть эту пульсацию крутящего момента, увеличивая привлекательность этого двигателя для автомобильных приложений.

Электродвигатели настолько эффективны, что большинство из них обходятся без традиционной трансмиссии, но лучшего баланса пускового момента и эффективности крейсерской скорости можно достичь с помощью второго передаточного числа, примерно вдвое меньшего, чем у стартовой шестерни. Компания Inmotive из Торонто разработала концепцию двухскоростного цепного привода, вдохновленную велосипедным переключателем, не требует смазки под высоким давлением или охлаждения и не несет потерь на трение от нескольких шестерен, поддерживающих непрерывное зацепление. Это может увеличить диапазон или уменьшить батарею на 7-15 процентов.Кроме того, Bosch разработал бесступенчатую трансмиссию CVT4EV с толкающей цепью, предлагающую диапазон передаточных чисел от 3,0 до 4,0, предназначенную для обеспечения достаточного крутящего момента от меньшего двигателя при изменении скорости.

Просмотреть все 4 фотографии

Что насчет повторного использования / переработки?

Изначально нам сказали, что утомленные батареи электромобилей получат вторую жизнь в виде хранения зеленой энергии или обеспечения аварийного резервного питания, прежде чем они будут полностью переработаны. Как дела до сих пор?

Повторное использование: Nissan установил системы для оценки и переупаковки своих аккумуляторных модулей Leaf EV в качестве запасных аккумуляторов Leaf, аккумуляторов для вилочных погрузчиков и в качестве системы хранения энергии xStorage Home.Аналогичные бытовые блоки, повторно использующие батареи для электромобилей, предлагают британская компания Powervault, шведская компания Box of Energy и австралийская компания Relectrify, но трудно точно определить количество или процент выводимых из эксплуатации батарей для электромобилей, повторно используемых каждый год.

Вторичная переработка: По данным лондонской компании Circular Energy Storage, когда батареи больше не используются, существует около 100 мировых компаний, которые перерабатывают их. Сообщается, что вместе они переработали около половины из примерно 200000 тонн литий-ионных аккумуляторов, выведенных из эксплуатации во всем мире в 2019 году.Большинство из них находится в Китае и Корее, недалеко от мест производства батарей; уровень рециркуляции снижается примерно до 5 процентов в США, Европе и Австралии.

Канадская компания Li-Cycle строит в Рочестере, штат Нью-Йорк, крупнейший в Северной Америке центр по переработке аккумуляторов. Он рассчитан на переработку почти 28000 тонн в год — около трети потока отходов аккумуляторных батарей, с которым мы столкнемся в 2030 году. Li-Cycle утверждает, что его гидрометаллургический (выщелачивающий) процесс включает нулевые сточные воды, минимальные выбросы парниковых газов и отсутствие отходов на свалках, а также восстанавливает 95 процентов лития, никеля и кобальта.Это сделает Li-Cycle основным поставщиком этих металлов и США ». единственный отечественный источник кобальта.

Просмотреть все 4 фотографии

Redwood Materials в Карсон-Сити, штат Невада, основанная соучредителем Tesla Дж. Б. Штробелем, сегодня использует сочетание пирометаллургии (термической экстракции) и гидрометаллургических процессов для переработки ячеек, выброшенных Gigafactory. При этом восстанавливается от 95 до 98 процентов никеля, кобальта, меди, алюминия и графита и более 80 процентов лития. Redwood также стремится перерабатывать бытовую электронику, а другие предпринимают аналогичные усилия по переработке редкоземельных элементов и других драгоценных элементов, используемых в электромобилях.Одна потенциальная загвоздка: кобальт — это денежный металл, за который действительно окупается переработка, поэтому упомянутые выше новые химические составы батарей, устраняющие кобальт, могут в конечном итоге свести на нет усилия по переработке.

Разработка материалов для накопителей энергии с высокой мощностью и плотностью энергии: катодный материал LiFePO₄

Абстрактные

LiFePO₄ привлек большое внимание в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях, поскольку его структурная и термическая стабильность, низкая стоимость и экологичность соответствуют требованиям источников питания для электромобилей, за исключением высокой мощности.Стратегии повышения довольно медленных скоростных характеристик объемного LiFePO₄ были сосредоточены на улучшении переноса электронов в объеме или на поверхности материала или на уменьшении длины пути, по которому электрон и Li * должны перемещаться, за счет использования материалов наноразмеров. . Однако недавние данные указывают на то, что LiFePO₄ является чистым одномерным литиевым проводником. Итак, транспорт лития так же важен, как транспорт электронов. Сильная анизотропная диффузия лития приводит к ограниченному переносу ионов лития как в объеме, так и на поверхности.Уменьшение размера частиц улучшает перенос ионов лития в объеме, а модификация поверхности литий-ионным проводящим материалом должна улучшать перенос ионов лития на поверхность. Слабо кристаллизованная фаза фосфата лития на поверхности наноразмерного LiFePO₄ создается с использованием правильной нестехиометрии (LiFeo.9Po.9504.3). Нестехиометрическая стратегия приводит к образованию мелких частиц размером менее 50 нм из-за ограничения роста зерен и плохо кристаллизованного фосфата лития на поверхности.Проводящая поверхностная фаза может не только улучшить перенос ионов лития на поверхность, но также облегчить доступ ионов лития к поверхности за счет уменьшения анизотропной диффузии лития на поверхности, вызванной ее аморфной природой. Нестехиометрический материал демонстрирует чрезвычайно высокие характеристики, достигая приемлемой емкости даже при 400 ° C (заряд / разряд 9 с). В этой диссертации основной вывод заключается в следующем: LiFePO₄ демонстрирует быструю объемную кинетику и сам по себе не ограничивает скорость заряда и разряда.Когда объемный перенос лития происходит очень быстро, зарядка и разрядка аккумулятора ограничиваются другими факторами, такими как поверхностная адсорбция и поверхностный перенос ионов лития и конфигурация элемента. Нестехиометрическая стратегия улучшения наземного транспорта направлена ​​на правильное ограничение скорости и раскрывает реальные возможности LiFePO₄.

Описание

Диссертация (Ph. D.) — Массачусетский технологический институт, факультет материаловедения и инженерии, февраль 2010 г.

«Февраль 2010 г.»Каталогизируется на основе PDF-версии диссертации.

Включены библиографические ссылки.

Отдел

Массачусетский Институт Технологий. Отделение материаловедения и инженерии; Массачусетский Институт Технологий. Департамент материаловедения и инженерии

Издатель

Массачусетский технологический институт

Ключевые слова

Материаловедение и инженерия.

Apple увеличила емкость аккумулятора iPhone всего на 12 процентов за шесть лет

Давным-давно — спустя некоторое время после того, как динозавры начали бродить по земле — ПК сдерживало закон Мура.Вы не могли получить достаточно транзисторов в процессоре, чтобы сделать все, что ожидалось от оборудования, и потребовалось от 12 до 18 месяцев, чтобы эта емкость транзистора удвоилась, что привело к увеличению на несколько мегагерц.

Теперь, когда процессоры работают на гигагерцовых скоростях, а кремний имеет больше ядер, с которыми можно встряхнуть палку ОЗУ, мощность процессора не является большой проблемой. Конечно, приятно иметь больше мощности, но если вы не занимаетесь чем-то вроде 3D-моделирования, рендеринга видео, обработки больших чисел или высококлассных игр, велика вероятность, что большая часть этой мощности будет потрачена зря.

Смещение акцента с ПК на устройства после ПК только ускорило упадок важности процессора. В мобильных устройствах важна не мощность процессора, а мощность, необходимая для работы процессора и остальной части устройства. Отключение от постоянного источника питания оказывает сильное давление на батарею, и по мере того, как мы перешли от никель-кадмиевой технологии к никель-металлогидридной к более современной литий-ионной, плотность энергии резко возросла. Но с другой стороны, это стремление сделать устройства как можно более маленькими и тонкими, что ограничивает пространство, доступное для батареи.

Это прекрасный баланс.

Изучая документы Apple FCC о новых iPhone, технический сайт AnandTech наткнулся на спецификации батарей для iPhone 5s и iPhone 5c. При их просмотре меня поразило, насколько мало выросла емкость аккумулятора iPhone за шесть лет его отсутствия, и тем не менее, насколько больше это устройство.

В реальном выражении рост всего на 12 процентов. Оригинальный iPhone был оснащен аккумулятором емкостью 1400 мАч, а iPhone 5s — 1570 мАч.Интересно то, что емкость аккумулятора упала, когда появился iPhone 3G, упав до 1150 мАч и увеличившись только до 1219 с выпуском iPhone 3GS.

(Источник: ZDNet | Данные: iFixit, Wikipedia) Емкость аккумулятора iPhone

не превышала емкость аккумулятора первого поколения, пока не был выпущен iPhone 4 с аккумулятором на 1420 мАч.

За это время Apple сохранила время использования батареи для телефона в разных условиях практически одинаковым, в то же время добавив такие функции, как дисплей Retina и более мощные процессоры.Фактически, батарея iPhone 5s, которая на 12% больше, работает с 64-битным процессором, который в 40 раз быстрее, чем в оригинальном iPhone, и графическим процессором, который в 56 раз быстрее.

Это настоящее достижение и свидетельство того, насколько эффективнее стал кремний теперь, когда мы все больше используем мобильные устройства и больше полагаемся на аккумуляторные батареи для питания устройств.

За это же время объем iPhone упал примерно с 81 см ³ до 55 см ³ .Вес снизился со 135 граммов до миниатюрных 112 граммов.

С тех пор, как iPad появился на рынке, его емкость аккумулятора увеличилась вдвое, а в iPad mini емкость аккумулятора более чем в два раза превышает емкость iPhone 5s.

(Источник: ZDNet | Данные: iFixit, Википедия)

Новый подход как к высокой безопасности, так и к высокой производительности литий-ионных батарей

ВВЕДЕНИЕ

Литий-ионные аккумуляторные батареи (LIB) широко используются в электрифицированных транспортных средствах, бытовой электронике и стационарных системах хранения энергии.Одновременная реализация высокой безопасности и высокой плотности энергии / производительности — это постоянное стремление. К сожалению, обычные батареи являются пассивными устройствами, в которых производительность, безопасность и календарный / циклический срок службы определяются электрохимической реактивностью на постоянно присутствующих границах раздела анод / электролит и катод / электролит. Внутренний конфликт между реакционной способностью и стабильностью материалов батареи сохраняется на границах раздела электрод / электролит (EEI). Более конкретно, материалы электродов / электролитов с высокой реакционной способностью обеспечивают высокую мощность и высокие характеристики, но приводят к плохой безопасности и ускоренному ухудшению характеристик, даже когда аккумулятор не используется.Высокостабильные (то есть менее реактивные) материалы электродов / электролитов обеспечивают безопасность батареи, низкий уровень деградации, низкий саморазряд и длительный срок службы, но такие материалы обеспечивают низкую мощность и производительность. В результате разработка материалов для аккумуляторов всегда была направлена ​​на поиски компромиссов между электродами и электролитами, которые не были бы слишком реактивными, но и не слишком стабильными.

В этой работе описывается новая стратегия создания как безопасных, так и энергоемких аккумуляторных элементов (SEB), как схематично показано на рис.1, где сопротивление ячейки отложено в зависимости от температуры. Во-первых, пассивированный элемент продуманно спроектирован и построен с использованием высокостабильных материалов и создания исключительно стабильных EEI, которые характеризуются более высоким сопротивлением переносу заряда ( R _ct ) и более высоким сопротивлением постоянному току (DCR). Это проиллюстрировано на рис. 1 линией от точки a (стандартная конструкция литий-ионного элемента) до точки b (конструкция ячейки SEB). Отсюда следует, что эти резистивные ячейки SEB по своей природе стабильны и безопасны, что демонстрируется проникновением гвоздей, коротким замыканием и хранением при высоких температурах.Во-вторых, для того, чтобы элементы SEB обеспечивали высокую мощность во время работы, они мгновенно нагреваются перед работой, скажем, от комнатной температуры до 60 ° C, чтобы восстановить приемлемый рабочий DCR и, в конечном итоге, мощность батареи, начиная с точки b (при комнатной температуре ) в точку c (при повышенной температуре, например, 60 ° C) на рис. 1. Эта мощность по запросу посредством быстрой термической стимуляции противоположна мощности в режиме ожидания в современных ячейках LIB, где требуются мощные EEI. когда-либо присутствовал. Быстрый нагрев ячейки со скоростью от 1 ° до 5 ° C / с стал возможным благодаря самонагревающейся структуре, обнаруженной Wang et al. ( 1 ), в котором никелевая фольга микрометровой толщины вставлена ​​в стопку узлов анод-сепаратор-катод для равномерного и внутреннего нагрева. Таким образом, нагрев от комнатной температуры до 60 ° C для работы от батареи обычно занимает всего 10-20 с.

Рис. 1 Принципы и преимущества SEB по сравнению с обычным LIB.

Показано, что DCR изменяется в зависимости от температуры, обратной для обеих батарей, где верхняя кривая для пассивированного SEB всегда безопаснее из-за более высокого DCR.Тем не менее, SEB может достичь выходной мощности, аналогичной LIB, путем термостимуляции перед операцией, показанной как переход от точки b к c.

Для достижения необходимых стабильных и надежных EEI в этой работе используется добавка триаллилфосфат (TAP), основанная на достаточных доказательствах в литературе о его способности улучшать стабильность элементов как при высоком напряжении, так и при высоких температурах. Например, в 2015 году Xia et al. ( 2 ) продемонстрировал, что электролит на основе TAP образует толстые защитные слои на обоих электродах в элементах на основе графита / NCM442, о чем свидетельствует снижение саморазряда при высоких температурах, уменьшение образования газа во время высокотемпературного цикла и увеличение R _ct .Хотя TAP был исследован ранее, в настоящей работе он выбран для создания резистивных литий-ионных элементов в качестве примера, чтобы проиллюстрировать концепцию реализации высокой безопасности и высокой производительности одновременно. Другие способы создания резистивных ячеек, такие как использование электродных материалов с малыми площадями Брунауэра-Эмметта-Теллера, также эффективны.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В качестве подтверждения концепции мы подготовили элемент базового уровня, состоящий из стандартного электролита, 1 M LiPF ₆ в этиленкарбонате (EC) / этилметилкарбонате (EMC) (3/7 мас.) + 2 мас.% ( %) виниленкарбонат (ВК), графитовый анод и катод NCM622.Защитные слои межфазного твердого электролита (SEI) на поверхности графита и межфазного катодного электролита (CEI) образуются во время начальных циклов заряда / разряда. Чтобы обеспечить низкий DCR и, следовательно, высокую мощность, эти межфазные слои обычно тонкие, не обладают достаточной плотностью и эластичностью, чтобы противостоять разложению в условиях неправильного обращения, подавлять непрерывную реакцию растворителя EC в SEI или препятствовать непрерывному окислению EC с выделением кислорода. из катодных материалов в CEI, что приводит к расходу Li и потере емкости элемента.Напротив, в элементах SEB мы создаем высокостабильные, огнестойкие EEI за счет добавления небольшого количества TAP в стандартный электролит. Эта модификация электролита сопровождается одновременным снижением содержания ЭК, т.е. ЭК / ЭМС (1/9 мас.) + 2 мас.% ВК, предназначенных для дальнейшего снижения образования газа в результате побочных реакций. В этой работе мы представляем результаты для трех прототипов клеток SEB, обозначенных как SEB-1, SEB-2 и SEB-3 и соответствующих 0,5, 1 и 1,5 мас.% ТАР соответственно.Сопротивление переносу заряда ячеек SEB, измеренное с помощью спектроскопии электрохимического импеданса (EIS), увеличивается в 3–5 раз по сравнению с базовой ячейкой без добавок электролита, как показано на фиг. 2A. Высокий импеданс возникает в результате полимеризации молекул ТАП, которые образуют толстые и плотные межфазные пленки на поверхностях как анода, так и катода ( 2 ). На анодной стороне пленка служит усиленным слоем SEI для стабилизации дальнейшего роста. На катодной стороне пленка препятствует взаимодействию ЭК в электролите с кислородом решетки на поверхности NCM при высокой температуре или высоком напряжении ( 3 ), как схематично показано на рис.2Б.

Рис. 2 Экспериментальное сравнение LIB и SEB и объяснение механизма.

( A ) Графики Найквиста, показывающие измеренные сопротивления переносу заряда клеток SEB по сравнению с базовыми клетками LIB. ( B ) Схема, показывающая сформированные in situ межфазные слои на поверхности графита и частиц NCM. Улучшенный слой SEI на графите замедляет перенос EC через пленку и подавляет дальнейший рост SEI. Слой CEI препятствует окислению ЕС решеточным кислородом по поверхности NCM при высоких температурах или высоких напряжениях.( C и D ) Эволюция напряжения и температуры в ячейке во время проникновения гвоздя в ячейку SEB и базовую ячейку LIB вместе с качественными распределениями температуры. Обе ячейки представляют собой карманные ячейки емкостью 2,8 Ач, состоящие из одного и того же графитового анода и катодного материала NMC622. Базовая ячейка LIB заполнена стандартным электролитом: 1 M LiPF ₆ в EC / EMC (3/7 мас.%) + 2 мас.% VC. Ячейка SEB имеет электролит 1 M LiPF ₆ в EC / EMC (1/9 вес.) + 2 вес.% VC с TAP в качестве добавки к электролиту.КТ, комнатная температура.

PolyTAP и его композиты являются негорючими материалами. Кроме того, PolyTAP обладает электроизоляционными свойствами и стабильностью при повышенных температурах ( 4 ). Все эти свойства делают PolyTAP хорошо подходящим для повышения безопасности клеток SEB в условиях злоупотребления. Это подтверждается испытаниями на проникновение гвоздями, показанными на рис. 2C, где повышение температуры составляет всего 100 ° C (без деформации клеток, курения или возгорания) по сравнению с почти 1000 ° C (возгорание) в базовом случае (рис.2D). Превосходные характеристики безопасности ячейки SEB дополнительно иллюстрируются электрическими характеристиками ячейки во время проникновения гвоздя. Для базовой ячейки напряжение ячейки снижается до 0,1 В в течение 5 с после проникновения гвоздя. Резкое падение напряжения указывает на то, что ток короткого замыкания чрезвычайно высок из-за низкого внутреннего сопротивления базовой ячейки. Напротив, напряжение элемента SEB падает с 4,171 до 3,085 В в течение 5 с после проникновения, показывая медленный и контролируемый разряд из-за высокого внутреннего сопротивления элемента SEB.Существенно более высокое сопротивление в ячейке SEB, чем базовое, вызвано электрически непроводящими слоями, сформированными на поверхности графита и частиц NCM, как схематично показано на фиг. 2B.

Стабильность и безопасность элементов SEB дополнительно подтверждается испытаниями на высоковольтный заряд и календарным сроком службы при высоких температурах (рис. S1 и S2). Ячейки SEB могут подвергаться 1254 воздействиям высокого напряжения [заряд постоянным током (CC) до 4,4 В, постоянное напряжение (CV) до C / 20] при 40 ° C с сохранением емкости 80%, тогда как базовая ячейка выдерживает всего 40 циклов при той же потере емкости и рабочей температуре, что указывает на то, что элемент SEB более чем в 30 раз стабильнее и, следовательно, безопаснее, чем базовые элементы в условиях высоковольтной зарядки.Тестирование календарного срока службы также показывает, что пассивированные клетки SEB могут эффективно подавлять саморазряд. Ток саморазряда измеряется путем поддержания постоянного напряжения элемента на требуемом значении, например 4,187 В для 100% состояния заряда (SOC). Как базовые, так и SEB-ячейки показывают быстрое уменьшение плотности тока саморазряда в начале календарного старения из-за роста анодного SEI-слоя. Свежие клетки SEB показывают токи саморазряда примерно в 5 раз ниже, чем у базовой ячейки при комнатной температуре и 50% SOC, в 6 раз ниже при комнатной температуре и 100% SOC и примерно в 7 раз ниже при 60 ° C при 50 и 100%. SOC.После 60 дней хранения ток саморазряда начинает выходить на плато; однако ток саморазряда в элементе SEB все еще в 2 раза ниже, чем в базовом элементе при комнатной температуре и 50% SOC и в 3 раза ниже при комнатной температуре и 100% SOC. Саморазряд становится в 4 раза ниже при высокой температуре (60 ° C) как при 50%, так и при 100% SOC, что указывает на то, что при повышенных температурах элементы SEB сохраняют превосходство в календарном сроке службы над базовым элементом.

Отличительной чертой ячеек SEB является высокая мощность по запросу.Когда батареи не используются, элементы SEB остаются простаивающими при комнатной температуре, демонстрируя высокую стабильность и безопасность. Однако во время работы клетка SEB переключается в условия высокой реактивности посредством быстрой термической стимуляции. Это можно проиллюстрировать с помощью DCR, который обратно пропорционален мощности. Здесь DCR при разряде и заряде для SEB и базовых LIB-ячеек измеряются при 50% SOC с помощью 10-секундного метода определения характеристик мощности гибридного импульса (HPPC). Как и ожидалось, значения DCR существенно увеличиваются при добавлении небольшого количества TAP в электролит, как показано на рис.3 (A и B), который также демонстрирует, что добавление большего количества TAP в SEB-3 (например, 1,5 мас.%) Приводит к дальнейшему увеличению DCR из-за образования более толстых защитных слоев.

Рис. 3 Температурная зависимость мощности ячеек.

( A и B ) DCR разряда и заряда, соответственно, при 50% SOC для клеток SEB по сравнению с базовым уровнем клетки LIB. ( C ) Относительная мощность разряда (DCR _{[защита электронной почты]} / DCR) ячейки SEB по сравнению с базовой ячейкой LIB.( D ) Относительная реактивность ( R _{ct, [email protected]} / R _ct ) клетки SEB по сравнению с базовой клеткой LIB, показывая, что клетки SEB работали при соответствующих повышенных температурах, например, SEB -3 при 50 ° C, может обеспечивать достаточную мощность при всех температурах окружающей среды (обозначено линией a), что клетки SEB в 5 раз безопаснее и меньше стареют при комнатной температуре (обозначены линией b), а клетки SEB в 2,6 раза меньше склонен к тепловому разгоне при 60 ° C (обозначен линией c).На рис. 3C показана относительная мощность клеток SEB по сравнению с базовой линией LIB, где мощность базовой линии при комнатной температуре нормализована до единицы, тем самым демонстрируя, что клетки SEB могут обеспечивать достаточную более высокую мощность, работая при более высоких температурах. При 50% SOC SEB-1, работающий при 29,2 ° C, обеспечивает ту же мощность, что и базовый элемент при комнатной температуре. Самая безопасная ячейка SEB-3 с 1,5 мас.% Добавки TAP требует рабочей температуры 44,6 ° C для обеспечения такой же мощности, как и базовая ячейка при комнатной температуре.Базовая ячейка имеет узкое температурное окно от 15 ° до 35 ° C, тогда как ячейки SEB имеют гораздо более высокую максимальную рабочую температуру, не становясь чрезмерно реактивными. Таким образом, необходимость работы при более высоких температурах для восстановления мощности не представляет проблемы для элементов SEB. При 50% SOC увеличение мощности разряда по сравнению с базовой литий-ионной батареей составляет 2,05, 1,81 и 1,39 для SEB-1, SEB-2 и SEB-3 соответственно (рис. 3C). Более того, при температуре окружающей среды 0 ° C базовая ячейка LIB имеет относительную мощность 0.38, в то время как SEB-2 имеет относительную мощность 1,81 при работе при 60 ° C [требуется 30 секунд, чтобы нагреть элемент от 0 ° до 60 ° C со скоростью 2 ° C / с, что типично для самооборудования. нагревательная конструкция Wang et al. ( 1 )]. Это примерно 5-кратное увеличение мощности по сравнению с ячейкой LIB для ячеек SEB, работающих в условиях замораживания. Как правило, элементы SEB работают независимо от температуры окружающей среды или погоды, поскольку они всегда нагреваются за считанные секунды и работают при постоянной повышенной температуре. Хотя нагрев элемента до повышенной температуры потребляет энергию элемента, общая передаваемая энергия элемента, как это ни парадоксально, не уменьшается.Как показано на рис. S3, энергия разряда C / 3 составляла 9,62 ватт-часов (Втч) для базовой ячейки при комнатной температуре и 10,15 Втч для ячейки SEB-3 при 60 ° C. Согласно нашей предыдущей работе ( 1 ), для повышения температуры на 10 ° C требуется ~ 1% энергии элемента, что означает, что элементу SEB-3 требуется 3,5% своей энергии для нагрева с 25 ° до 60 ° C; оставшаяся энергия разряда, таким образом, составляет 9,79 Вт · ч, что на 2% выше, чем у базового элемента при комнатной температуре. Как уже упоминалось, такой быстрый нагрев достигается за счет вставки листа никеля микрометровой толщины.Влияние этого дополнительного компонента на плотность мощности ячейки можно оценить с помощью уравнения. 1, где м — масса данного элемента, а отношение мощности разряда, оцененное с помощью HPPC, обратно пропорционально отношению DCRs (Power Density) SEB (Power Density) baseline @ RT = (DCRbaseline @ RTDCRSEB @ 60 ° C) (mbaselinemSEB)

(1)

Добавление никелевой фольги увеличивает массу ячеек на 1,3%, в то время как соотношение DCR в формуле. 1 — относительная мощность, представленная на фиг. 3C при 60 ° C. На основе этих значений удельная мощность не уменьшается, а увеличивается в 2 раза.02, 1,79 и 1,37 в случае SEB-1, SEB-2 и SEB-3 соответственно. Таким образом, в случае SEB-3 с наивысшим внутренним сопротивлением плотность мощности все еще на 37% выше, чем у базовой ячейки, работающей при комнатной температуре. На рисунке 3D представлена ​​относительная межфазная реактивность, полученная из результатов сопротивления переносу заряда по результатам EIS. . Это дополнительно подтверждает, что повышенная рабочая температура эффективно снижает сопротивление передачи заряда элементов SEB и, следовательно, увеличивает реактивность и мощность элемента.Повышение реактивности по сравнению с базовой ячейкой LIB составляет 2,06 для SEB-2. В целом, как относительная мощность, так и относительная реактивность иллюстрируют способность ячеек SEB достигать высокой мощности по запросу. С другой стороны, значения относительной реактивности этих двух ячеек, показанные на рис. 3D, показывают, что элемент SEB будет в 5 раз безопаснее и подвергаться старению при комнатной температуре в 5 раз меньше, что подтверждается испытаниями на саморазряд и сохранение емкости. изображенный на рис. S2. Кроме того, сравнение относительной реактивности для двух типов ячеек при 60 ° C показывает, что ячейка SEB более чем в 2 раза менее склонна к тепловому разгоне.Помимо безопасности и высокой мощности, постоянно возрастает потребность в длительном сроке службы LIB. Элементы SEB с низкой реактивностью, изготовленные из высокостабильных материалов, обеспечивают более длительный календарный срок службы (рис. S2), о чем свидетельствует медленное уменьшение емкости, когда батарея находится в режиме ожидания при комнатной температуре. При повышенных температурах цикл клеток SEB также стабилен. На рисунке 4A сравнивается сохранение емкости базовой ячейки с ячейками SEB во время циклического переключения при 60 ° C заряда 1C CC до заряда 4,2 В CV до C / 20, а затем разряда 1C до 2.8 В. Очевидно, что ячейки SEB превосходят базовые ячейки, о чем свидетельствует потеря 20% емкости при 481 цикле с видимыми признаками деформации ячейки из-за выделения газа и набухания графитового анода для базовой ячейки, в то время как SEB-3 может достичь 2821 цикла. до достижения 20% потери мощности. Это соответствует ок. 6-кратное увеличение срока службы. Кроме того, SEB-3 достигает 4014 циклов при сохранении емкости 75%, в то же время демонстрируя признаки здоровой клетки, способной стабильно работать (без заметного выделения газа или литиевого покрытия).Средняя разрядная способность этих 4014 циклов составляет 84,2% от эквивалентного полного цикла (EFC). Предполагая, что дальность пробега на EFC для электромобиля (например, BMW i3 2019 года) составляет 153 мили, 4014 циклов означают> 517000 миль срока службы. Это более чем в 5 раз превышает гарантию для коммерческих электромобилей (например, BMW i3, 70% мощности на 8 лет или 100 000 миль). Увеличение срока службы элементов может быть дополнительно продемонстрировано путем рассмотрения скорости уменьшения емкости во время календарного старения при комнатной температуре (т.е., стабильное состояние), что в 7 раз ниже, чем при 60 ° C (реактивное состояние). Элемент SEB будет нагреваться до реактивного состояния только в ситуациях, требующих высокой мощности или быстрой зарядки. Большая часть его срока службы (> 90%) будет проведена в режиме ожидания (стабильное состояние). Таким образом, в полевых условиях ожидается, что срок службы SEB значительно превысит 4014 циклов, прежде чем потеря мощности достигнет 25%.

Рис. 4 Сравнение стабильности при циклировании при 60 ° C.

( A и B ) Сохранение емкости и DCR клеток SEB по сравнению с базовыми клетками LIB во время цикла при 60 ° C.Ячейки заряжаются по протоколу CCCV при температуре от 1 ° C до 4,2 В с током отсечки C / 20, а затем разряжаются при температуре от 1 ° C до 2,8 В. ( C и D ) Кривые разряда свежего элемента SEB по сравнению со старым элементом .

Огромное увеличение срока службы SEB по сравнению с базовой ячейкой может быть связано с более плотным и более стабилизированным слоем SEI, сформированным на частицах графита, и слоем CEI на частицах NCM622 в присутствии добавок электролита. Для базовой ячейки богатые никелем частицы NCM склонны к микротрещинам по границам зерен ( 5 , 6 ), которые создают зазоры для проникновения электролита и приводят к более серьезному окислению электролита и образованию каменной соли ( 7 ).При растрескивании частиц также высвобождается новая свежая поверхность, с которой может выделяться кислород ( 8 ). Микротрещины на частицах NCM622 для базовой ячейки наблюдаются только после 50 циклов (рис. 5D). Образование трещин становится намного более заметным по всей области микрофотографии после 956 циклов (рис. 5F). Для ячеек SEB трещины на частицах NCM не наблюдаются при 50 циклах, а небольшое количество трещин наблюдается после 4021 цикла (рис. 5J). Наличие микротрещин не только вызывает потерю контакта, но и ускоряет исчезновение емкости NCM.Для клеток SEB полимерное покрытие из TAP, вероятно, образует прочный CEI, уменьшая образование микротрещин (рис. 2B). Об этом также свидетельствуют оптические изображения (рис. S4) и отсутствие наблюдаемой деформации или набухания клеток после 4021 цикла даже при повышенной температуре 60 ° C.

Рис. 5 СЭМ-микрофотографии нетронутых, состаренных электродов для базовой линии и клеток SEB-3.

( A ) Безупречный анод. ( B ) Чистый катод. ( C ) Базовый анод после 50 циклов.( D ) Базовый катод после 50 циклов. ( E ) Базовый анод после 956 циклов. ( F ) Базовый катод после 956 циклов. ( G ) Анод SEB-3 после 50 циклов. ( H ) Катод SEB-3 после 50 циклов. ( I ) Анод SEB-3 после 4021 цикла. ( J ) Катод SEB-3 после 4021 цикла. ETD, детектор Эверхарта-Торнли; HV — ускоряющее напряжение электронов; WD, рабочее расстояние; HFW, ширина горизонтального поля.

Использование добавок ТАП заметно изменило составы EEI.Мы выполнили рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (XPS) на графитовых электродах и электродах NCM после 4021 цикла и сравнили структуру EEI образцов из базовой ячейки после 956 циклов. На графитовом аноде ТАР-содержащий электролит SEI содержит высокие концентрации элементов C, O и P по сравнению с контрольным образцом базовой ячейки (рис. 6 и рис. S5). Кроме того, более высокое содержание частиц C─C во всех C-содержащих частицах также было обнаружено в SEI, полученном из электролита, содержащем TAP, что свидетельствует о разложении TAP на аноде (рис.S5). Между тем, состав катода CEI также был изменен. С добавкой TAP слой SEI содержит больше C, P и F и меньше Li и O по сравнению с исходным SEI (рис. 6 и рис. S5). Обнаружено высокое содержание LiF и P-содержащих частиц (O─P = O, Li _x P _y OF _z и Li _x P _y F _z ) ( 9 ). в катодном слое КЭИ за счет применения добавки ТАП (рис. 6). Подробная интерпретация пиков следующая: пики на 284.6, 286,1, 288,8 и 290,1 эВ в спектре C 1s приписываются C─C, C─O, O─C = O и поли (O─C = O) ( 10 ) соответственно; пики при 684,6 эВ в спектре F 1s приписываются LiF; пики при 686,9 эВ в спектре F 1s и 136,7 эВ в спектре P 2p приписываются O─P = O и Li _x P _y OF _z ; а пики при 686,3 эВ в спектре F 1s и 134,5 эВ в спектре P 2p приписываются Li _x P _y F _z . При сравнении спектра O 1s для состаренной базовой линии (956 циклов) и электродов SEB-3 (4021 цикл) пик на 529.2 эВ для катода SEB-3 эффективно устраняются по сравнению с базовым катодом (рис. 6). Это указывает на то, что на катоде SEB-3 обнаруживается меньшее количество кислорода в решетке NCM622, что связано с относительно более толстым слоем CEI. Это согласуется с более толстым слоем CEI, обнаруженным Xia et al. ( 2 ) на поверхности NMC442 с покрытием в присутствии добавки TAP. Таким образом, результат XPS подтверждает, что добавка TAP приводит к образованию толстого слоя CEI и, как следствие, к более медленному развитию трещин, меньшему образованию газа и увеличению срока службы.

Рис. 6 Сравнение спектров керна XPS для состаренных базовых электродов и электродов SEB-3.

Графитовые электроды и электроды NCM622 взяты из базовой ячейки после 956 циклов и ячейки SEB-3 после 4021 цикла.

Три ячейки SEB показывают очень близкие скорости снижения емкости в пределах 1000 циклов (рис. 4A). После 1000 циклов SEB-3 показывает гораздо более низкую скорость уменьшения емкости, чем две другие ячейки SEB, как и ожидалось из-за его самой низкой реактивности. По сравнению с исходными клетками, стабильность и длительный цикл жизни клеток SEB явно очевидны, причины чего можно определить по различиям в тенденции сохранения емкости на разных стадиях старения.Для базовой клетки мы видим резкое снижение сохранения емкости C / 3 на начальной стадии и медленное снижение на вторичной стадии. Это в первую очередь связано с потерей запасов лития во время быстрого и медленного роста слоя SEI. Для клеток SEB уменьшение емкости линейно с номером цикла, что указывает на отсутствие быстрого роста на начальной стадии старения, поскольку рост слоя SEI подавляется образованием на месте огнестойкого защитного слоя. Более того, резкая нелинейная потеря емкости из-за литиевого покрытия обычно может наблюдаться в базовой ячейке при комнатной температуре и при низких температурах на конечных стадиях старения ячейки ( 11 ).Однако во всех ячейках SEB, работающих при 60 ° C, эта потеря емкости, вызванная литиевым покрытием, отсутствует, что свидетельствует об отсутствии литиевого покрытия в ячейках SEB. Ячейка SEB без покрытия Li предлагает значительное повышение безопасности по сравнению с обычными ячейками LIB.

Есть еще одно преимущество ячеек SEB, обещающих сверхдлительный срок службы при использовании в полевых условиях. В то время как обычные ячейки LIB подвергаются значительному колебанию температуры окружающей среды, ячейки SEB почти всегда работают при одной постоянной температуре (скажем, 60 ° C) независимо от температуры окружающей среды и после чрезвычайно короткого периода начального перехода за счет самонагрева (порядка десятков секунд).Последняя особенность гарантирует минимальное повреждение материалов батареи в элементах SEB из-за больших колебаний температуры.

Для базовой ячейки потеря емкости при повышенных температурах в основном связана с ростом SEI на анодной стороне и окислением растворителя на катодной стороне. Как следствие, DCR заметно увеличивается с увеличением номера цикла (рис. 4B). В случае клеток SEB DCR свежей клетки изначально намного больше, чем базовая клетка; однако скорость его увеличения намного медленнее из-за защитного покрытия как на аноде, так и на катоде (рис.2Б). На рис. 4 (C и D) показаны кривые разряда свежего элемента SEB по сравнению со старым элементом, соответственно. Из-за увеличения DCR с увеличением количества циклов SEB-3 показывает небольшое снижение мощности после 2821 цикла при 60 ° C. Напротив, базовая ячейка показывает резкое увеличение DCR и, следовательно, значительную потерю мощности всего за 556 циклов (рис. S6). Для всех клеток SEB с добавкой TAP их DCR линейно возрастают, а увеличение содержания добавки приводит к более высокому DCR в свежих клетках, но более медленному развитию DCR с номером цикла (рис.4Б). Ячейки SEB не выделяют газ во время циклических тестов, обеспечивая большую безопасность, чем базовая ячейка. Кроме того, клетки, содержащие ТАР, производят меньше газа во время образования, чем базовые клетки ( 2 , 12 ).

Из-за того, что элементы SEB допускают высокое напряжение, при зарядке до высокого напряжения 4,4 В по сравнению с 4,2 В разрядная емкость элемента SEB увеличивается на 12,7%, а энергия разряда увеличивается на 14,5% (рис. S1B). Таким образом, допуск высокого напряжения можно использовать для увеличения плотности энергии элемента.

Электролиты для элементов SEB были составлены путем снижения содержания EC и добавления TAP в качестве добавки. Хотя ЭК является важным растворителем для образования слоя SEI, он также приводит к образованию газа, особенно при высоком напряжении ( 13 ). Испытания на календарное старение показывают, что условия высокой температуры и высокого SOC ускоряют снижение емкости и увеличение внутреннего сопротивления, а также способствуют образованию газа. Элементы SEB изначально содержат 10 мас.% ЭК в электролите. Некоторое количество ЭК расходуется во время цикла формирования, в результате чего содержание ЭК в сформированных клетках SEB намного меньше 10%.Это выгодно, поскольку скорость газообразования в электролите без ЕС будет ниже, чем в электролите с высоким содержанием ЕС. При введении в электролит новых материалов влияние на стоимость, вес и изготовление элемента должно быть меньше. оценен. Добавка к электролиту, TAP, имеет сопоставимую цену и плотность по сравнению с текущими стандартными растворителями; таким образом, с введением электролитов SEB не ожидается заметной разницы в стоимости материалов. В отличие от суперконцентрированных электролитов ( 14 ), электролиты с ТАП не увеличивают вязкость по сравнению со стандартным электролитом.С точки зрения производства, электролиты SEB также не будут добавлять дополнительных затрат из-за схожести обработки во время и после введения в элемент. Наконец, элементы SEB предлагают важное преимущество, связанное с регулированием температуры аккумуляторной батареи. Когда требуется большая мощность, элементы SEB должны нагреваться изнутри ( 1 ) и работать при повышенных температурах. Предполагая, что температура окружающей среды составляет 25 ° C, а ячейки SEB и базовый уровень работают при 60 ° и 30 ° C соответственно, SEB обеспечивает разность температур, приводящую к рассеиванию тепла, которая в 7 раз больше, чем в базовом случае.Кроме того, ячейка SEB имеет более низкий DCR при рабочей температуре 60 ° C (17,1 Ом · см ² для SEB с 1 мас.% TAP), чем базовая ячейка при 30 ° C (25,3 Ом · см ² ), что указывает на снижение тепловыделения в ~ 1,5 раза при том же токе. Комбинация этих двух факторов снижает нагрузку на управление температурой примерно в 10 раз для клеток SEB.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Мы изготовили карманные элементы емкостью 2,8 Ач с использованием LiNi _0,6 Co _0,2 Mn _0.2 O ₂ (Umicore) для катодов и графита (Nippon Carbon) для анодов. Отношение емкости отрицательного электрода к положительному, или отношение NP, было разработано на уровне 1,2. Ячейка-пакет емкостью 2,8 Ач содержит пакет из 20 анодных и 19 катодных слоев. Использовали сепаратор Celgard-2325 толщиной 25 мкм. Нагрузки NMC622 на положительный электрод и графита на отрицательном электроде составляли 10,5 и 6,6 мг / см ² соответственно.

Катоды были приготовлены путем нанесения суспензии на основе N-метил-2-пирролидона на алюминиевую фольгу толщиной 15 мкм, сухой материал которой состоит из NCM622 (91.5 мас.%), Super-P (TIMCAL) (4,1 мас.%) И поливинилиденфторид (Arkema) (4,4 мас.%) В качестве связующего. Аноды были приготовлены путем нанесения суспензии на основе деионизированной воды на медную фольгу толщиной 10 мкм, сухой материал которой состоит из графита (95,4 мас.%), Super-P (1,0 мас.%), Стирол-бутадиенового каучука (Zeon) (2,2 мас.%) и карбоксиметилцеллюлоза (Dai-Ichi Kogyo Seiyaku) (1,4 мас.%).

Один молярный раствор LiPF ₆ , растворенный в EC / EMC (3: 7 по массе) + 2 мас.% VC, использовали в качестве контрольного электролита (BASF).Один молярный раствор LiPF ₆ , растворенный в смеси EC / EMC + 2 мас.% VC, был смешан на месте. Для создания элементов SEB в обычный электролит в качестве добавок примешивали от 0,5 до 1,5 мас.% ТАР.

Каждая ячейка-пакет имеет площадь основания 110 мм × 56 мм, вес 63 г, номинальную емкость 2,8 Ач с удельной энергией 166 Втч / кг и удельной энергией 310 Втч на литр. Разрядные характеристики базовых и SEB ячеек при комнатной температуре показаны на рис. S7 как функция C-rate.

Испытания на циклическое старение мешочных ячеек были выполнены с использованием системы тестирования батарей инструментов Land (модель CT2001B, Land Instruments). Духовка с принудительным обдувом использовалась для контроля различных температур окружающей среды. Для каждого цикла старения элемент заряжался до 4,2 В при постоянном токе 2,8 А (скорость 1C), а затем заряжался при постоянном напряжении 4,2 В до тех пор, пока ток не уменьшился до 0,14 A (C / 20). После 5-минутного отдыха ячейку разряжали до 2,8 В при постоянном токе 2,8 А (скорость 1С) с последующим окончательным периодом отдыха в течение 5 минут.Когда число циклов старения достигло определенного значения (например, 403, 1006 циклов), элемент был цикличен со скоростью заряда и разряда C / 3 для определения емкости (обозначенной как емкость C / 3) элемента. Для испытаний импеданса при различных температурах элементы были полностью заряжены, а затем разряжены со скоростью от C / 3 до 90% SOC. Испытания импеданса проводились при амплитуде переменного напряжения 5 мВ в диапазоне частот от 50 кГц до 0,005 Гц. Для испытания DCR элементы были полностью заряжены, а затем разряжены до 50% SOC со скоростью C / 3.Скорость разряда 5 ° C и скорость заряда 3,75 ° C использовались для определения значения DCR _Discharge и DCR _Charge .

Испытания на календарное старение проводились при различных температурах окружающей среды и SOC. Духовка с принудительным обдувом использовалась для регулирования различных температур окружающей среды. Напряжение ячейки поддерживалось постоянным, и ток собирался. Когда календарное время старения достигло определенного значения (например, 25, 60, 120 и 180 дней), элемент был циклически изменен со скоростью заряда и разряда C / 3 для определения емкости элемента.Затем были проведены испытания импеданса и DCR в тех же условиях, что и для ячеек с циклическим старением.

Для испытания на проникновение гвоздя элемент был полностью заряжен (заряд 1C CCCV с напряжением отсечки 4,2 В и током отсечки C / 20). Термопары размещались на расстоянии 10 мм от геометрического центра ячейки и у отрицательного вывода ячейки. Диаметр гвоздя 5 мм, изготовлен из жаропрочной стали (угол острия гвоздя 60 °; поверхность гвоздя чистая, без ржавчины и масла). Скорость пробития 30 мм / с; гвоздь прошел через геометрический центр плоскости электрода перпендикулярно и остался внутри ячейки.Время наблюдения составляло 1 час, пока ячейка не остыла и напряжение на ячейке не упало почти до нуля.

Анализы SEM и XPS были выполнены путем первого извлечения образцов электродов из полностью разряженных ячеек пакета графит / NCM622 после цикла и 3-кратной промывки EMC. Тесты XPS проводились на сканирующем микрозонде XPS PHI VersaProbe II. Образцы загружали в перчаточный ящик и переносили в прибор через сосуд для вакуумного переноса. СЭМ-визуализацию выполняли на приборе FEI Nova NanoSEM 630 SEM.

Ford делает ставку на то, что твердотельные батареи сократят стоимость электромобилей

DETROIT (AP) — Ford увеличил свою долю в производителе твердотельных аккумуляторов — шаг, который ее главный директор по продукции и операциям Hau Thai-Tang, говорит, что усилит усилия компании по увеличению ассортимента и снижению затрат на электромобили следующего поколения.

Ford вместе с BMW на этой неделе объявили о своих инвестициях в раунд финансирования в размере 130 миллионов долларов для Solid Power, компании из Денвера, которая разрабатывает технологию сульфидных твердотельных аккумуляторов.Thai-Tang заявляет, что эта технология должна дать Ford возможность либо уменьшить размеры батарей, чтобы удешевить производство некоторых автомобилей, либо сохранить батарею того же размера и добиться большего диапазона расстояний в других моделях.

Твердотельные батареи с их твердым ионопроводящим материалом вместо жидкого электролита, который есть в большинстве литий-ионных батарей, могут хранить больше энергии. Это расширяет диапазон транспортных средств от батареи того же размера или позволяет использовать батареи меньшего размера, которые, как правило, легче и с меньшим риском возгорания.

В то же время труднее получать энергию от твердотельных батарей, чем от литий-ионных, сказал Сэм Абуэлсамид, аналитик компании Guidehouse Research. Но, по его словам, эта технология очень многообещающа, что какая бы компания ни усовершенствовала ее первой, она сможет получить конкурентное преимущество.

Ассошиэйтед Пресс недавно поговорило с Thai-Tang о новой химии и о том, что она может означать для ускорения внедрения электромобилей. Интервью отредактировано для ясности и длины.

____

В: Почему твердотельные батареи так важны по сравнению с литий-ионными батареями, которые сейчас используются в электромобилях?

A: Из-за обещания гораздо более высоких уровней плотности энергии. Для клиентов это означает, что они могут ехать дальше с большей дальностью. По мере того, как вы получаете лучшую энергию и плотность мощности, клетки становятся меньше. Это позволяет автомобилям стать легче при той же дальности полета, а также освободить больше места для людей и их вещей, а не для аккумуляторов.И тут, конечно, обошлось. Возможность снизить стоимость киловатт-часа ускорит внедрение аккумуляторных электромобилей.

___

В. В чем сейчас преимущество перед литий-ионными батареями?

A: Большой переход от жидкого электролита к твердому электролиту; что дает лучшую проводимость. Это источник силы и энергии. Проблема всегда заключалась в том, можете ли вы на самом деле масштабировать его до того места, где формат ячейки достаточно велик для использования в автомобилях? Тогда сможете ли вы произвести его в таком масштабе, чтобы достичь запланированных затрат?

___

В: Было много разговоров о потенциальной нехватке лития, меди, никеля и других драгоценных металлов.Неужели в твердотельном корпусе их меньше?

A: Это зависит от химии. Для большинства компаний катод примерно такой же, как и в литий-ионном. На самом деле это не изменилось. На самом деле это анод и электролит. Поскольку вы получаете более высокую проводимость и более высокую плотность энергии, поэтому при той же мощности, дальности действия и энергии вы бы использовали меньше. Это само по себе поможет, даже если бы это была та же химия. Но в зависимости от того, с какой компанией вы сотрудничаете, у них будет различный химический состав, что снизит зависимость от таких вещей, как, например, медь, а также кобальт.

___

В: Как далеко продвинулась Solid Power в этом процессе?

A: Мы думаем, что Solid Power входит в число лидеров из-за их способности масштабироваться до многослойной ячейки до 20 ампер-часов. Это то, что мы действительно можем использовать в автомобиле. Начиная со следующего года, они планируют предоставить нам, а также другому инвестору, BMW, батарею на 100 ампер-час. Это тот размер, который мы действительно можем использовать для автомобильных приложений. Другая важная вещь заключается в том, что их химия может быть построена в том же производственном процессе, в который мы инвестировали бы при создании литий-ионных батарей.Таким образом, это позволяет нам легко освоить эту новую технологию без необходимости реинвестировать во все это капитальное оборудование.

___

Q: Какие временные рамки вы видите для перехода на твердотельное питание?

A: Мы считаем, что достичь поставленных целей к концу этого десятилетия вполне реально, если мы продолжим добиваться того прогресса, которого добиваемся.

___

В: Насколько дальше мог бы проехать автомобиль, если бы вы совершенствовали твердотельный накопитель?

A: Вы можете либо поддерживать текущий диапазон и использовать меньшее количество батарей, либо вы можете предоставить покупателям еще больший диапазон в физической упаковке с таким размером батареи.Мы наблюдаем повышение плотности энергии примерно на 25–30%. Таким образом, мы можем буквально расширить диапазон. Или мы могли бы сказать, что 300 миль — это оптимально, и мы бы просто уменьшили количество батарей и снизили стоимость. И где-нибудь между этими двумя подставками для книг.

___

Вопрос: Значит, в текущем пакете для электрического внедорожника Mustang Mach-E, скажем, примерно 300 миль, вы сможете проехать около 400 миль?

A: Да, вы можете получить еще от 25% до 30%.

___

В: Означает ли это объявление, что появится гораздо более широкий спектр электромобилей?

A: Ford может возглавить электрическую революцию и ускорить переход от двигателей внутреннего сгорания, чтобы снизить стоимость и улучшить ассортимент для наших клиентов, сделав его более безопасным.Я думаю, что инфраструктура зарядки, вероятно, еще одна вещь, которая будет ключом к более быстрому распространению.

___

В: Вам нужны твердотельные накопители для достижения паритета стоимости с двигателями внутреннего сгорания?

A: Мы видим дальнейшие возможности для снижения стоимости ниже 100 долларов за киловатт за счет дополнительных достижений в литий-ионной технологии. Мы думаем, что для того, чтобы сделать следующий шаг с точки зрения затрат, вам необходимо перейти на твердотельный накопитель.

___

В: Насколько, помимо нынешней химии батарей, вы можете сэкономить на расходах, если это осуществится?

A: Если вы получаете повышение плотности энергии на 25-30% и можете построить его в том же процессе, вы ожидаете увидеть такой же уровень снижения затрат по сравнению с современными технологиями.

Исследователи достигли 10-кратного прорыва в плотности энергии суперконденсаторов.

Суперконденсаторы могут заряжаться почти мгновенно и при необходимости разряжать огромное количество энергии. Они могли бы полностью стереть ахиллесовую пяту электромобилей — их медленную зарядку — если бы они могли удерживать больше энергии. И теперь китайские и британские ученые говорят, что они нашли способ хранить в 10 раз больше энергии на единицу объема, чем предыдущие суперконденсаторы.

Команда, разделенная между Университетским колледжем Лондона и Китайской академией наук, выпустила исследование и доказательство концепции новой конструкции суперконденсатора с использованием пленок из графенового ламината и сосредоточением внимания на расстоянии между слоями, исследователи обнаружили, что они могут радикально увеличить энергию. плотности, когда они подбирали размер пор в мембранах точно в соответствии с размером ионов электролита.

Используя эту конструкцию, команда утверждает, что добилась значительного увеличения объемной плотности энергии. В то время как «аналогичная коммерческая технология быстрой зарядки» имеет тенденцию предлагать около 5-8 ватт-часов на литр, эта новая конструкция была протестирована с рекордной мощностью 88,1 Втч / л. Команда утверждает, что это «самая высокая когда-либо зарегистрированная плотность энергии для углеродных суперконденсаторов».

Эта цифра приближается к верхнему пределу того, что хранится в типичной свинцово-кислотной батарее, но, хотя свинцово-кислотные батареи заряжаются очень медленно и предлагают довольно низкую удельную мощность, суперконденсаторы могут заряжаться очень, очень быстро и предлагают огромную удельную мощность около 10 киловатт на литр.

Кроме того, суперконденсаторы, по-видимому, имеют длительный срок службы, сохраняя 97,8 процента своей энергоемкости после 5000 циклов, и они очень гибкие, работая почти так же при изгибе на 180 градусов, как когда они лежали горизонтально.

При тестировании суперконденсатор мог работать практически одинаково, лежал он ровно или изгибался на 180 градусов

Университетский колледж Лондона

Есть одно но.Всегда есть одно но. В самом деле, здесь есть три больших но, помимо того факта, что он все еще находится на стадии исследовательского подтверждения концепции.

Во-первых, эти суперкапсы по-прежнему намного менее плотны, чем литиевая батарея EV высшего качества. Ближайшая оценка, которую я могу найти для того, что использует Tesla, — это оценка 2018 года в 877,5 Втч / л, что означает, что суперконденсатор должен быть в 10 раз больше, чем аккумуляторная батарея Tesla, чтобы обеспечить такой же диапазон. Не произойдет. Имейте в виду, что электромобили не должны будут предлагать показатели дальности 430 миль (700 км), если они будут заправляться даже быстрее, чем бензиновый автомобиль.Подавляющее большинство автомобилей используют менее 100 миль (160 км) в день, и короткие остановки каждые полтора часа в длительной поездке могут быть несложными для многих водителей.

Более того, мы уже писали раньше об экстраординарных вещах, которые можно сделать, если соединить литиевые батареи с суперконденсаторами в гибридной схеме. Такое увеличение плотности могло бы увеличить количество суперконденсаторов, которые вы могли бы использовать в такой установке, дополнительно увеличивая преимущества.

Вторая проблема: суперконденсаторы склонны к утечке энергии, а не к ее очень хорошему хранению.Вы можете обнаружить, что у вашего электромобиля нет питания, если вы отключите его от зарядного устройства на неделю или две. Хотя, честно говоря, когда они так быстро заряжаются, вы можете не возражать.

И третья проблема: эта штука сделана из графена, всеобщего любимого чудо-материала, который призван произвести революцию во всем, от электроники до защиты от комаров и авиации до краски для волос и бетона, кроссовок, пуленепробиваемости, громкоговорителей и любой другой области, в которой она была. исследованы в … Но на сегодняшний день никто не производит его в массовых коммерческих количествах по цене, которая делает возможным создание огромных ячеек графенового суперконденсатора.

Тем не менее, исследователи настроены оптимистично. «Успешное безопасное хранение огромного количества энергии в компактной системе является значительным шагом на пути к усовершенствованной технологии хранения энергии», — сказал старший автор и декан факультета математических и физических наук UCL, профессор Иван Паркин (UCL Chemistry).