Поверхностно-опосредованная батарея может сократить время зарядки электромобиля всего до нескольких минут.

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Leverancier van draagbare energiecentrales

Сравните суперконденсаторы и батареи, как показано на примере батареи с поверхностным опосредованием, имеющей три различных толщины электродов, обе с высокой плотностью мощности и высокой плотностью энергии. Источник: Где находится Американское химическое общество? Это своего рода прорыв в технологии аккумуляторов, но это не аккумулятор. Nanotekinstruments, Inc.

и ее дочерние компании Angstrommaterials, Inc. Охтона разработали новую спецификацию, используемую для проектирования оборудования для хранения энергии, в зависимости от быстрого перемещения большого количества ионов лития в электроде; этот электрод имеет большую графеновую поверхность. Это устройство хранения энергии может оказаться очень полезным для электромобилей, поскольку оно может сократить время зарядки с нескольких часов до менее чем минуты.

Другие области применения могут включать хранение возобновляемой энергии (например, хранение солнечной и ветровой энергии) и интеллектуальные сети. Исследователи заявили, что это новое устройство представляет собой литий-ионообменную батарею с функцией поверхности графена или, проще говоря, поверхностно-опосредованную батарею (SMCS: Surface-Mediatedcells). Хотя в современном оборудовании используются нераскрытые материалы и конструкции, оно уже может превзойти литий-ионные аккумуляторы и суперконденсаторы.

Это новое устройство может обеспечить мощность 100 киловатт на киловатт батареи, что в 100 раз выше, чем у коммерческих литий-ионных батарей, и в 10 раз выше, чем у суперконденсатора. Чем выше плотность мощности, тем выше скорость передачи энергии (что может привести к более высокой скорости зарядки). Кроме того, эта новая батарея может хранить плотность энергии 160 Вт на килограмм батареи, что сопоставимо с коммерческим литий-ионным аккумулятором, и в 30 раз выше, чем у традиционного суперконденсатора.

Чем больше плотность энергии, тем больше энергии можно запасти, тем больше энергии запасается (и тем больше запас хода электромобилей). Если вес оборудования будет одинаковым, то нынешние поверхностные батареи и литий-ионные батареи можно будет использовать для электромобилей, а основатель Nano Instrument и Angerstron Materials Company Joint Founder Цзян Бауц (Borz.jang) сказал, что наша поверхностная батарея похожа на нынешнюю литий-ионную батарею, может дополнительно увеличить плотность энергии, поэтому она также может улучшить маршрут.

Однако, в принципе, поверхностно-опосредованные батареи можно заряжать за несколько минут (не менее одной минуты), а не за часы, как литий-ионные батареи, используемые в электромобилях. Цзян Баулдз и его партнер в Nanotechnology Instrument Co., Ltd.

и Angersmia Material Company опубликовали это исследование, которое представляет собой исследование оборудования для хранения энергии следующего поколения, опубликованное в последнем номере журнала «Nano Express» (Nanoletters). Обе компании специализируются на коммерциализации наноматериалов. Angerstrong является крупнейшим в мире производителем наногранита (NGPS: Nanographeneplatelets). Как объясняют исследователи в своих исследованиях, у накопителей энергии, аккумуляторов и суперконденсаторов есть свои сильные и слабые стороны.

Хотя плотность энергии литий-ионных аккумуляторов (120-150 Вт/кг) значительно выше, чем у суперконденсатора (5 Вт/кг), этот аккумулятор имеет низкую плотность мощности (батарея 1 кВт/кг, сравните с батареей 10 кВт/кг). Многие исследовательские группы предприняли попытки повысить плотность мощности литий-ионного аккумулятора и улучшить плотность энергии суперконденсатора, однако в этих двух областях по-прежнему существуют серьезные проблемы. Поскольку предлагается новая структура, ее можно использовать для устройств хранения энергии, поэтому эта поверхностно-опосредованная батарея позволяет исследователям обойти эти проблемы.

«Разработайте это новое устройство хранения энергии, сократив разрыв между производительностью литий-ионного аккумулятора и суперконденсатора», — сказал Цзян Бауц. Что еще более важно, это принципиально новая структура для производства устройств хранения энергии, позволяющая исследователям достигать высокой плотности энергии, а также высокой плотности мощности, не жертвуя одним ради другого. Электрод аккумулятора с поверхностным зарядом имеет большую площадь поверхности, благодаря чему большое количество ионов быстро перемещается, обеспечивая быструю зарядку.

Источник: Ключевым фактором эффективности поверхностно-опосредованных аккумуляторов American Chemistry является то, что катод и анод содержат очень большую поверхность графена. При изготовлении аккумуляторов исследователи помещают в анод металлический литий (в виде частиц или металлической фольги). В первом цикле разряда литий ионизируется, количество ионов лития увеличивается больше, чем в литий-ионном аккумуляторе.

При использовании батареи эти ионы мигрируют к катоду через жидкий электролит, в поры катода и достигают большой поверхности графена в катоде. В процессе заряда большой поток ионов лития быстро перемещается от катода к аноду. Очень большая площадь поверхности электрода, благодаря чему большое количество ионов быстро перемещается, высокая мощность и плотность энергии.

Исследователи объяснили, что поверхность пористого электрода (а не блочного электрода, как в батарее в аккумуляторе) не требует длительного процесса вставки. В ходе этого процесса ионы лития должны быть помещены между электродами, что составляет важное время зарядки аккумулятора. В этом исследовании, хотя исследователи использовали большое количество различных типов графита, были подготовлены различные типы графена (окисленный, восстановленный однослойный и многослойный графен), но эти материалы и конфигурации были дополнительно проанализированы для оптимизации этого устройства.

С одной стороны, исследователи планируют дополнительно изучить срок службы этой батареи. На данный момент они обнаружили, что эти устройства могут сохранять 95% емкости после 1000 циклов, и даже после 2000 циклов никаких признаков дендритов не наблюдается. Исследователи также планируют обсудить различные механизмы хранения лития с точки зрения производительности оборудования.

«Мы считаем, что коммерциализация технологии поверхностно-опосредованных батарей не встретит больших препятствий», — сказал Цзян Бауц. Несмотря на то, что в настоящее время графен продается по высокой цене, компания Angerstron Materials активно наращивает мощности по производству графена. Ожидается, что в ближайшие 1–3 года себестоимость производства графита существенно снизится.