Автомобильные технологии
Революционный хак с аккумулятором электромобиля: восстановите питание с помощью всего лишь заземления!
Литий-металлические батареи пока не используются в электрических и гибридных автомобилях, хотя они обладают более высокой плотностью энергии и меньшим весом по сравнению с литий-ионными аналогами. Несмотря на эти преимущества, у литий-металлических батарей есть недостаток: они быстро деградируют после нескольких циклов зарядки, что снижает их пригодность для серийных EV. Однако новое исследование Стэнфордского университета показало, что простой отдых батарей может обратить вспять процесс деградации достаточно быстро, чтобы сделать их жизнеспособными в реальном мире. Я никогда не относился к батареям так, как сейчас.
Основное различие между литий-металлической и литий-ионной батареей заключается в аноде. Стандартная литий-ионная батарея – такая, какую вы найдете в обычном EV, – имеет графитовый анод, катод из оксида металла-лития и жидкий электролит, помещенный между ними. Ионы лития перемещаются туда-сюда, через электролит, между анодом и катодом.
Однако в литий-металлических батареях графитовый анод заменяется гальваническим металлическим литием, который легче и позволяет накапливать вдвое больше энергии при том же объеме. “Автомобиль, оснащенный литий-металлической батареей, будет иметь вдвое больший запас хода, чем литий-ионный автомобиль такого же размера – 600 миль на одной зарядке против 300 миль, например, – говорит соавтор исследования Филафон Саявонг, аспирант химического факультета. Увеличение дальности поездки в два раза происходит благодаря повышенной плотности энергии и меньшему весу.
Недостатком является то, что, когда ионы лития переходят от металлического анода к катоду, некоторые из них задерживаются в твердой межфазной оболочке электролита (SEI), которая представляет собой губчатую матрицу, где встречаются анод и электролит. “Матрица SEI – это, по сути, разложившийся электролит”, – говорит соавтор исследования Вэньбо Чжан (Wenbo Zhang), аспирант Стэнфордского университета в области материаловедения и инженерии. Она окружает изолированные кусочки металлического лития, отделенные от анода, и не позволяет им участвовать в электрохимических реакциях”. По этой причине мы считаем изолированный литий мертвым”.
Говоря простым языком, постоянная зарядка и разрядка литий-металлической батареи может привести к быстрому снижению ее емкости и общего запаса хода. Но исследователи из Стэнфорда обнаружили, что при полной разрядке, когда через нее не проходит ток, литий-металлическая батарея начинает в некотором смысле самовосстанавливаться. И это не занимает много времени. Если оставить батарею в покое всего на час, то процесс выздоровления начнется.
Volkswagen
“Мы обнаружили, что если батарея находится в разряженном состоянии всего один час, часть матрицы SEI, окружающая мертвый литий, растворяется”, – говорит Саявонг. “Поэтому, когда вы заряжаете батарею, мертвый литий снова соединяется с анодом, потому что меньше твердой массы мешает ему”.
Непрактично останавливать аккумулятор автомобиля на несколько часов, чтобы дать ему восстановиться, но поскольку аккумуляторные блоки состоят из сотен или даже тысяч отдельных элементов, программное обеспечение для управления батареей можно настроить таким образом, чтобы некоторые элементы полностью разряжались и отдыхали, а другие использовались. Кроме того, если вы знаете, что не собираетесь использовать свой автомобиль в течение дня или более – возможно, вы отправляетесь в длительную поездку на другой машине или остаетесь дома после работы, – вы можете запланировать, чтобы ваш автомобиль отдохнул от батареи. Такой отдых не потребует дополнительных инвестиций в литий-металлические батареи, кроме простого написания программного кода для управления батареей.
Стоит также отметить, что такое поведение исключительно полезно для литий-металлических батарей. Если вы попробуете применить это к существующему EV, смартфону или любому другому устройству, использующему обычные литий-ионные аккумуляторы, это будет отличным способом быстро сократить общий срок службы, поскольку литий-ионные аккумуляторы плохо переносят полную разрядку или зарядку.
Необходимо проделать дополнительную работу, чтобы выяснить, как сделать литий-металлические батареи и процедуру их перезарядки пригодными для использования в дорожных автомобилях. Но Чжан, похоже, считает, что с помощью этой методики батареи с большим запасом хода, меньшим весом и быстрой зарядкой могут пригодиться в дорожных автомобилях в будущем.
“Мы считаем, что в некоторых типах литий-металлических батарей один только отдых в разряженном состоянии может значительно увеличить срок службы EV”.
