Penn State Forscher haben eine entwickelt selbsterhitzte Autobatterie, die bei kalten Temperaturen schnell aufgeladen werden können.
Dies ist eine bedeutende Entwicklung, da das Wetter eine der größten Hürden für Elektroautohersteller darstellt und mehr Menschen außerhalb des sonnigen Kalifornien dazu inspirieren könnte, Elektrofahrzeuge zu kaufen.
Üblicherweise verlangsamen Temperaturen unter 50 Grad Fahrenheit die Geschwindigkeit, mit der Lithium-Ionen-Batterien aufgeladen werden können, und tragen zur Verschlechterung der Batterie bei, so dass Menschen zögern, Elektrofahrzeuge weit von ihren Häusern zu entfernen.
"Elektrofahrzeuge sind an der Westküste beliebt, weil das Wetter günstig ist" Xiao-Guang Yang, ein Assistant Research Professor für Maschinenbau bei Penn State und Co-Autor der Studie, sagte in einer Erklärung.
„Sobald Sie sie an die Ostküste oder nach Kanada verlegt haben, gibt es ein großes Problem. Wir haben gezeigt, dass die Batterien unabhängig von der Außentemperatur schnell aufgeladen werden können. “
Dieser neue Akku kann überall und jederzeit in 80 Minuten auf 15 Prozent aufgeladen werden. Es ist sogar in der Lage, schnell bei minus 40 Grad Fahrenheit zu laden.
"Zeit ist Geld! Niemand möchte stundenlang warten, um Elektroautos oder Smartphones aufzuladen “, sagte er Chao-Yang Wang, Professor und Diefenderfer Lehrstuhl für Maschinenbau und Kerntechnik bei Penn State und Co-Autor der Studie.
Bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien ist ein schnelles Laden nur bei warmem Wetter möglich, da die Batterien durch die Wärme auf hohe Ströme reagieren können.
Bei kaltem Wetter müssen sich die Ladeströme jedoch verlangsamen, um Lithium-Metall-Dendriten zu vermeiden, die die Lebensdauer des Akkus beeinträchtigen können und ein Sicherheitsrisiko darstellen, so Wang.
"Um dies zu ändern, hatten wir die Idee, die elektrische Energie eines Ladegeräts zu verwenden, um einen kalten Akku vor dem Schnellladen schnell aufzuwärmen", sagte Wang. "Als Ergebnis haben wir eine Batterie erfunden, die über zwei Funktionen verfügt: Energiespeicherung und sofortige Selbsterwärmung."
So funktioniert's
In früheren Arbeiten haben die Forscher eine Batterie entwickelt, mit der ein unter dem Gefrierpunkt liegender Energieverbrauch durch Eigenerwärmung vermieden werden kann.
Sie wandten bei dieser Entwicklung die gleichen Prinzipien an.
Batterien haben zwei Anschlüsse, einen positiven und einen negativen. In diesem Projekt befestigten die Forscher dünne Nickelfolien am negativen Ende, um einen dritten Anschluss zu schaffen. Wenn die Raumtemperatur unterschritten wird, sendet ein an einem Schalter angebrachter Sensor Elektronen durch die Nickelfolie. Dadurch wird die Folie schnell erwärmt und der Akku erwärmt.
Wenn die Batterie wieder über Raumtemperatur ist, öffnet der Schalter, sodass der elektrische Strom in die Batterie fließt und diese schnell auflädt. "Ein einzigartiges Merkmal unserer Zelle ist, dass sie heizt und dann automatisch auflädt", sagte Wang in einer Erklärung. „Außerdem müssen die Stationen, die es bereits gibt, nicht gewechselt werden. Das Abschalten der Heizung und des Ladevorgangs erfolgt im Akku, nicht in den Ladegeräten. “
Ein Artikel, der die Batterie beschreibt, wird in der Zeitschrift veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Sciences.
Batterie testen
In Tests stellten die Forscher fest, dass ihr Akku 4,500-Zyklen von 15-minutenlangen Ladevorgängen bei 32 Grad Fahrenheit mit nur 20-prozentualem Kapazitätsverlust standhalten kann.
Dies entspricht einer Fahrleistung von 280,000 Meilen und einer Lebensdauer von 12.5 Jahren.
Dies ist außerordentlich beeindruckend, da bekanntermaßen alle Batterien mit der Zeit schlechter werden und die Lebensdauer dieser Batterien eine längere Fahrzeuglebensdauer als die meisten Garantien ermöglichen würde.
Herkömmliche Batterien, die den gleichen Test durchlaufen haben, haben in 20-Ladezyklen 50-prozentuale Kapazität verloren.
"Damit wird die Temperaturbeschränkung für das schnelle Laden von Akkus endgültig aufgehoben", sagte Wang. „Stellen Sie sich vor, AAA kann ein gestrandetes Elektrofahrzeug jetzt mit leerer Batterie in der Kälte schnell aufladen. Wie wäre es, wenn Sie im Winter einen Elektro-Lkw schnell aufladen, der zu groß ist, um in einer beheizten Garage wie Tesla-Autos zu parken? “
Was kommt als nächstes?
Die Technologie wird bereits in Nutzfahrzeugen eingesetzt. BMW hat vor kurzem eine Deal das gibt ihnen Zugang zu den Batterien.
Wang erwartet, dass die Technologie in Fahrzeugen in den 3-5-Jahren auf dem Markt sein wird.
Zusätzlich wird die Technologie bei den nächsten Olympischen Winterspielen eingesetzt.
"Ich erwarte auch, dass unsere Technologie zum schnellen Laden von Smartphones und Drohnen in der Kälte verwendet wird", sagte Wang.
