Ist das Elektroauto in nur einer Minute voll aufgeladen?

Eine Substanz, die außerhalb der Grenzen der Batterie zu liegen scheint, ist zum Schlüssel geworden, um den Engpass der Batterietechnologie zu überwinden. Forscher von Nanotek Instruments, Inc., USA, haben einen neuartigen Energiespeicher entwickelt, der mithilfe von Lithiumionen schnell eine große Menge an Bewegung zwischen der Graphenoberfläche und der Elektrode pendelt und so die Zeit zum Laden einer Batterie aus einem Gerät verkürzt wenige Stunden bis weniger als eine Minute. Die Forschung wurde in einer kürzlich erschienenen Ausgabe von Nano-Briefen veröffentlicht.

Die Batterieladeleistung wird zur größten Herausforderung für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen

Wie wir alle wissen, werden Elektrofahrzeuge aufgrund ihrer sauberen und energiesparenden Eigenschaften als die zukünftige Entwicklungsrichtung von Automobilen angesehen. Der größte technische Engpass bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen ist jedoch die Batterietechnologie. Dies äußert sich hauptsächlich in folgenden Aspekten: Erstens bezieht sich die Energiespeicherdichte der Batterie auf die in einem bestimmten Raum oder Massenmaterial gespeicherte Energiemenge, und das zu lösende Problem besteht darin, wie weit das Elektrofahrzeug einmal aufgeladen wird. Die zweite ist die Ladeleistung des akkus. Die Menschen hoffen, dass das Aufladen von Elektrofahrzeugen wie das Auftanken in wenigen Minuten abgeschlossen sein kann, aber das zeitaufwändige Problem ist immer ein Hindernis, das mit der Batterietechnologie nur schwer zu überwinden ist. Die Stunden der Ladezeit schrecken oft viele Menschen ab, die sich für Elektroautos interessieren. Daher bezeichnen einige Leute die Ladeleistung von Elektrofahrzeugbatterien als den wirklichen Engpass bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen.

Gegenwärtig werden Lithiumbatterie- und Superkondensatortechnologie hauptsächlich in der Batterietechnologie verwendet, und Lithiumbatterien und Superkondensatoren haben unterschiedliche Längen. Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe Energiespeicherdichte von 120 Watt / kg bis 150 Watt / kg, und Superkondensatoren haben eine niedrige Energiespeicherdichte von 5 Watt / kg. Lithiumbatterien haben jedoch eine niedrige Leistungsdichte von 1 kW / kg, während Superkondensatoren eine Leistungsdichte von 10 kW / kg haben. Ein großer Teil der Forschungsarbeiten konzentriert sich derzeit auf die Verbesserung der Leistungsdichte von Lithium-Ionen-Batterien oder die Erhöhung der Energiespeicherdichte von Superkondensatoren, aber die Herausforderungen sind enorm.

Die neue Studie umgeht die Herausforderung, indem sie das magische Material Graphen verwendet. Graphen ist die erste Wahl für neue Energiespeicher, da es die folgenden Eigenschaften aufweist: Es ist das Material mit der höchsten Leitfähigkeit, das fünfmal höher ist als Kupfer; es hat eine starke Wärmeableitungskapazität; niedrige Dichte, viermal niedriger als Kupfer und leichter. Wenn die Oberfläche doppelt so groß ist wie die von Kohlenstoffnanoröhren, übersteigt die Festigkeit die von Stahl. der ultrahohe Elastizitätsmodul und die höchste Eigenfestigkeit; die spezifische Oberfläche (dh die Gesamtfläche pro Masseeinheit des Materials) ist hoch; Die Verdrängungsreaktion ist nicht leicht aufzutreten.

Dank neuer Ausrüstung sind Elektroautos in weniger als 1 Minute vollständig aufgeladen

Die neue Energiespeichervorrichtung, auch als Graphenoberflächen-Lithiumionenaustauschbatterie oder einfach als oberflächenvermittelte Batterie (SMCS) bekannt, kombiniert die Vorteile von Lithiumbatterien und Superkondensatoren und kombiniert gleichzeitig eine hohe Leistungsdichte und eine hohe Energiespeicherdichte. . Obwohl derzeitige Energiespeicher noch keine optimierten Materialien und Strukturen angenommen haben, hat ihre Leistung die von Lithium-Ionen-Batterien und Superkondensatoren übertroffen. Die Leistungsdichte des neuen Geräts (dh die maximale Leistung der Batterie geteilt durch das Gewicht oder Volumen des gesamten Brennstoffzellensystems) beträgt 100 kW / kg, was 100-mal höher ist als bei handelsüblichen Lithium-Ionen-Batterien und 10-mal höher als Superkondensatoren. Die Leistungsdichte ist hoch, die Energieübertragungsrate ist hoch und die Ladezeit wird verkürzt. Darüber hinaus hat die neue Batterie eine Energiespeicherdichte von 160 Watt / kg, die mit handelsüblichen Lithium-Ionen-Batterien vergleichbar ist und 30-mal höher ist als herkömmliche Superkondensatoren. Je größer die Energiespeicherdichte ist, desto mehr Energie wird gespeichert.

Der Schlüssel zu SMC ist die sehr große Graphenoberfläche an Kathode und Anode. Bei der Herstellung von Batterien platzierten die Forscher Lithiummetall auf der Anode. Bei der ersten Entladung wird Lithiummetall ionisiert und wandert durch den Elektrolyten zur Kathode. Die Ionen passieren die kleinen Löcher in der Oberfläche des Graphens und erreichen die Kathode. Während des Ladevorgangs kann aufgrund der großen Oberfläche der Graphenelektrode eine große Menge an Lithiumionen schnell von der Kathode zur Anode wandern, um eine hohe Leistungsdichte und eine hohe Energiedichte zu bilden. Die Forscher erklärten, dass der Austausch von Lithiumionen auf der Oberfläche der porösen Elektrode die für den Interkalationsprozess erforderliche Zeit eliminieren kann. In der Studie stellten die Forscher verschiedene Arten von Graphenmaterialien wie Graphenoxid, einschichtiges Graphen und mehrschichtiges Graphen her, um die Materialkonfiguration der Vorrichtung zu optimieren. Der nächste Schritt besteht darin, sich auf die Lebensdauer der Batterie zu konzentrieren. Die aktuelle Forschung zeigt, dass nach 1000-maligem Laden 95% der Kapazität erhalten bleiben können; Nach 2000-maligem Laden wurde keine Kristallstruktur gefunden. Die Forscher planen auch, die Auswirkungen verschiedener Lithiumspeichermechanismen auf die Geräteleistung zu untersuchen.

Studien haben gezeigt, dass bei gleichem Gewicht nur die Lithiumbatterie durch die nicht optimierte SMC ersetzt wird und die Fahrstrecke des Elektrofahrzeugs SMC oder Lithium-Ionen-Batterie gleich ist, die Ladezeit der SMC jedoch gleich ist weniger als eine Minute, während der lithium-ionen-akku Stunden gezählt werden muss. Forscher glauben, dass die Leistung von SMC nach der Optimierung besser sein wird.

Wenn das Elektroauto in Zukunft weit verbreitet ist, wird die Ladestation an der Tankstelle eingestellt, und das Ergebnis wird eine sehr interessante Szene sein, dh die Ladezeit des Elektroautos wird schneller sein als das Auftanken, und das auch ist billiger als tanken. Die Forscher sagten, dass die Ausrüstung neben Elektrofahrzeugen auch für die Speicherung erneuerbarer Energien (wie die Speicherung von Solar- und Windenergie) und für Smart Grids verwendet werden kann.

Die Seite enthält den Inhalt der maschinellen Übersetzung.