Самонагревающиеся литий-ионные аккумуляторы решат зимние проблемы

Литий-ионный аккумулятор

Группа ученых Пенсильванского университета и Государственного колледжа EC Power занялись исследованием литий-ионных аккумуляторов, которые могут самостоятельно нагреваться, если температура опускается ниже -32 °F. Такие аккумуляторы могут иметь различные применения, но пожалуй больше всего они будут важны для владельцев электрических транспортных средств в зимний период.

«Эта давняя проблема, когда аккумуляторные батареи плохо работают при минусовых температурах «, сказал Чао-Ян Ван профессор кафедры машиностроения, профессор химического машиностроения и профессор материаловедения и инженерии, директор Центра электрохимических двигателей. «Это не существенно для телефонов и ноутбуков, но для электрических транспортных средств, беспилотных летательных аппаратов и для применения в космосе это является огромной проблемой.»

По последним исследованиям ученых, обычные батареи, при температуре ниже нуля, страдают большой потерей мощности, что приводит к медленной зарядки в холодную погоду, уменьшению эффективности регенеративного торможения и уменьшению дистанции пробега на целых 40%. Для этого необходимы более крупные и дорогостоящие аккумуляторы, которые могут компенсировать потерю энергии от холода.

“Мы не хотим чтобы электромобили теряли от 40% до 50% своего пробега в холодную погоду, сообщает Американская автомобильная ассоциация, и мы не хотим чтобы холод беспокоил владельцев электромобилей возможным уменьшением пробега”, сказал Ван. “В холодные зимы, проблемы такого плана, это последняя вещь которая нам нужна.”

Опираясь на предыдущие патенты EC Power, исследователи разработали всепогодную батарею, весом всего на 1,5% больше и стоимость на 0,04% больше обычных батарей. Они так же сделали способным её всего за 20 секунд разогреться от -4 до 32 °F и за 30 секунд от -22 до 32°F, при этом расходуя всего 3,8% заряда в первом случае и 5,5% заряда во втором. Это гораздо меньше , чем потеря 40% энергетического заряда в обычных литий-ионных аккумуляторах.

Всепогодные батареи оснащены никелевой фольгой, толщиной 50 мкм , один конец которой прикреплен к отрицательной клемме, а второй конец выведен наружу ячейки для того, чтобы создать третью клемму . Температурный датчик, прикрепленный к переключателю, заставляет электроны проходить через никелевую фольгу замыкая цепочку. Это быстро нагревает никелевую фольгу и соответственно нагревает внутренности батареи. После того как батарея достигает 32°F, датчик выключается и электричество идет в нормальном режиме.

В качестве нагревательных элементов можно использовать разные материалы, но никель дешевый и отлично работает.

“Теперь мы  хотим работать над новой концепцией , которую называем “SmartBattery”, сказал Ван.  “Мы считаем, что можем использовать похожие структуры и принципы для того чтобы активно регулировать безопасность, производительность и срок службы аккумулятора.”

Авторами работ над этим проектом были Гуаншэн Чжан и Yongjun Ленг, научные сотрудники в машиностроении; и Сяо-Гуан Ян, докторант в Университете штата Пенсильвания. Терренс Сюй, Шанхай Ge, Ян Цзи, инновационные инженеры, все в ЕС власти также сотрудничали в этом исследовании. А также Ван, главный технический директор и основатель стартапа ЕС Power. EC Power поддерживают этот проект.