Ricarica veicoli elettrici in 10 minuti. e una maggiore durata della batteria grazie al... riscaldamento. Tesla ce l'ha da due anni, ora l'hanno inventata gli scienziati

Si ritiene che le moderne celle agli ioni di litio funzionino meglio a temperatura ambiente, in quanto forniscono un ragionevole compromesso tra velocità di ricarica e degradazione delle celle. Tuttavia, si scopre che riscaldarli prima della ricarica consente di aumentare la potenza di ricarica e non influisce in modo significativo sul consumo della batteria.

Sommario

• Meccanismo di Tesla con ricerca scientifica
  • Il problema più grande con le celle agli ioni di litio è il litio intrappolato. O in SEI o in grafite. E ancora meno litio = meno capacità
  • Temperatura più alta per un breve periodo = ricarica sicura con molta più potenza
  • Risultati? A portata di mano: 200-500 kW di ricarica e 20-50 anni di durata della batteria

Nel 2017, Tesla ha aggiunto ai suoi veicoli un meccanismo di preriscaldamento della batteria. a basse temperature. Si presumeva che ciò avrebbe aumentato l'autonomia di volo in inverno e accelerato la ricarica durante le gelate. Tuttavia, il riscaldamento e il raffreddamento di per sé non sono stati una scoperta speciale, molti produttori utilizzano celle raffreddate/riscaldate attivamente o pacchi batteria completi.

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La chiave si è rivelata Riscaldamento in modo tale da velocizzare il processo di ricarica senza danneggiare le celle.... Sembra che dopo l'aggiornamento sia diventato chiaro quale dovrebbe essere la temperatura per ridurre i tempi di inattività del caricabatterie. La funzione di preriscaldamento della batteria prima del collegamento al Supercharger (preriscaldamento eventualmente nel 2019: riscaldamento della batteria in arrivo) è stata inclusa in modo permanente nel software da quando il Supercharger v3 è stato presentato in anteprima a marzo 2019:

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Gli scienziati del Center for Electrochemical Motors della Penn State University hanno appena dimostrato che Tesla aveva ragione. E questo significa le auto elettriche si ricaricano in 10 minuti z con una capacità di diverse centinaia di kilowatt i non preoccuparti del degrado della capacità della batteria per decenni, fino a quando non viene scelta con precisione la temperatura a cui vengono riscaldate le celle.

Ma partiamo dall'inizio:

Il problema più grande con le celle agli ioni di litio è il litio intrappolato. O in SEI o in grafite. E ancora meno litio = meno capacità

È generalmente accettato la temperatura operativa ottimale per le celle agli ioni di litio è la temperatura ambiente... Pertanto, i meccanismi di raffreddamento attivo della batteria assicurano che le celle non si surriscaldino troppo (dopotutto, non è sempre possibile mantenere i 20 gradi Celsius nominali).

La temperatura ambiente consente di frenare la crescita dello strato passivante - la frazione solidificata dell'elettrolita, che si accumula sull'elettrodo e lega gli ioni di litio; SEI - e imprigionamento di ioni di litio in un elettrodo di grafite. Un aumento della temperatura significa che entrambi i processi sono accelerati. Puoi vederlo dopo i test iniziali.

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Gli scienziati del Centro per i motori elettrochimici hanno verificato che Le celle agli ioni di litio utilizzate nei veicoli elettrici contengono solo circa 50 cariche a 6°C. (cioè 6 volte più della capacità della cella, ad esempio, una cella da 0,2 kWh viene caricata con una sorgente da 1,2 kW, ecc.).

Per confronto, gli stessi link:

• sono facilmente raggiungibili 2 cariche a 500C (per un'auto con batteria da 40 kWh è 40 kW, per un'auto con batteria da 80 kWh è 80 kW, ecc.),
• sono già durati solo 200 cariche a 4C.

Allo stesso tempo, per "resistenza" intendiamo una perdita del 20 percento della potenza originale, perché è così che viene inteso il termine nell'industria automobilistica.

I ricercatori sulle celle agli ioni di litio hanno cercato per molti anni di risolvere questo problema modificando la composizione degli elettroliti o rivestendo gli elettrodi con materiali diversi per evitare l'intrappolamento degli ioni di litio. Perché sono gli ioni di litio che si muovono nella batteria i responsabili della sua capacità.

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Abbastanza inaspettatamente, si è scoperto che il problema può essere risolto molto più facilmente. È sufficiente riscaldare la cella per ridurre notevolmente il problema dell'intrappolamento degli ioni di litio. Sfortunatamente, la temperatura più alta ha comunque causato una diminuzione della capacità della cella: quando l'incapsulamento del litio nell'elettrodo era limitato, il problema della crescita dello strato di passivazione (SEI) non era stato risolto.

Non con un bastone, ma con un bastone.

Temperatura più alta per poco tempo = ricarica sicura con molta più potenza

Tuttavia, gli scienziati del suddetto centro di ricerca sono riusciti a trovare una via di mezzo. Lo chiamavano Metodo di modulazione della temperatura asimmetrica... Riscaldano la cella per 30 secondi a 48 gradi Celsius, quindi la caricano per 10 minuti in modo che il sistema funzioni finalmente e la temperatura diminuisca.

Perché ci vogliono solo 10 minuti per caricarsi? Bene, a 6°C, questo è un tempo sufficiente per caricare la batteria all'80% della sua capacità. 6 C significa alimentazione:

• 240 kW per Nissan Leaf II
• 400 kW per Hyundai Kona Electric 64 kWh,
• 480 kW per Tesla Model 3.

Quando viene caricata dallo 0 all'80%, questa potenza elevata richiede 10 minuti di inattività del caricabatterie. Tuttavia, se il tasso di scarica della batteria è inferiore (10 percento, 15 percento, ...), il processo di rifornimento energetico richiede anche meno di 10 minuti!

Il meccanismo di raffreddamento della batteria deve solo garantire che la temperatura della batteria non superi i 50 gradi (i ricercatori dicono 53 gradi Celsius) per limitare la velocità con cui viene creato lo strato di passivazione. Allo stesso tempo, il breve tempo di ricarica consente di accorciare il periodo di crescita.

Risultati? A portata di mano: 200-500 kW di ricarica e 20-50 anni di durata della batteria

Gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che le celle NMC622 trattate in questo modo sono in grado di sopportare 1 carica con una potenza di 700 C e una perdita fino al 6 percento della capacità. 20 ricariche non sono molto impressionanti, ma se percorriamo 1 km all'anno e la batteria ha una capacità di 700 kWh, questo è Il risultato si trasforma in 23 anni di attività.

Aggiungiamo che le batterie e l'autonomia dei veicoli elettrici stanno crescendo e i polacchi di solito percorrono meno di 20 80 chilometri all'anno, il che significa che la capacità della batteria dovrebbe scendere al 30 percento in circa 50-XNUMX anni.

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Warto poczytać: modulazione asimmetrica della temperatura per la ricarica ultrarapida delle batterie agli ioni di litio

Foto di apertura: Galvanotecnica (rivestimento al litio) dell'elettrodo in funzione della temperatura della cella (c) Centro del motore elettrochimico

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