Зимой, когда становится холодно, аккумуляторы электромобилей не только заряжаются гораздо дольше, но и теряют до 25% запаса хода из-за того, что часть энергии расходуется на обогрев салона и сидений. Решение одной из главных зимних проблем владельцев электромобилей — медленной зарядки — предложили инженеры из Мичиганского университета. Разработанная учеными инновационная технология позволяет заряжать литий-ионные батареи до пяти раз быстрее даже при температуре −10 °C, без потери емкости или плотности энергии. Осуществить это удалось благодаря тонкой настройке производственного процесса аккумуляторов, в частности, путем внесения изменений в конструкции анода.
Почему батареи медленно заряжаются в холодную погоду? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте вспомним принцип их работы: ионы лития движутся между электродами через жидкий электролит. При понижении температуры этот процесс замедляется, из-за чего снижается как скорость зарядки, так и выходная мощность батареи. Но ученые придумали, как ускорить перемещение этих ионов даже в сложных условиях.
Изначально при помощи лазера в графитовом аноде батареи сделали микроскопические каналы. Они ускоряют прохождение ионов лития в нормальных условиях, но, как оказалось, на холоде такой анод покрывается слоем металлического лития, который мешает взаимодействию с электролитом. Тогда исследователи пошли дальше: они нанесли на анод стеклообразное покрытие из соединения бора и карбоната лития. Этот барьер оказался ключом к стабильной и быстрой зарядке даже при минусовой температуре.
Результаты оказались впечатляющими: инновация позволила достичь так называемой «зарядки на скорости 6C» при −10 °C. Это означает, что батарея емкостью 50 кВт·ч заряжалась с мощностью до 300 кВт. Для сравнения, большинство современных электромобилей в обычных условиях заряжаются с мощностью от 50 до 150 кВт, а в холод — гораздо медленнее.
Помимо собственно технологического прорыва, которого добились ученые, их исследование может сыграть важную роль в популяризации электромобилей. Согласно опросу Американской автомобильной ассоциации, одна из главных причин отказа от покупки электротранспорта — его поведение в холодную погоду. Новая разработка способна изменить восприятие электромобилей обществом как исключительно «летнего транспорта» и расширить географию их применения на северные регионы.
Следующим шагом для команды станет интеграция технологии в производственные процессы. Если найденное решение удастся адаптировать под массовое производство, будущее электромобилей станет еще более ярким — и, главное, оно не будет зависеть от погодных условий.
Ранее ученые изобрели «инъекцию молодости» для аккумуляторов: она позволяет восстановить почти 100% изначальной емкости и увеличивает ресурс АКБ в 8 раз.
