Батареи для экспресс-зарядки

Электромобили сегодня популярны, как никогда. По-видимому, через десятилетия они станут основным средством передвижения. Но их широкое распространение сдерживают свойства аккумуляторов в них. Лучшие энергоемкие литий-ионные батареи уже способны запасти от четверти до трети киловатт-часа на килограмм своего веса. Это означает, что современные батареи позволяют построить электромобиль, который будет пробегать полтысячи километров на одной зарядке аккумулятора в сотню киловатт-часов. Очевидно, вес его составит несколько сот килограммов.

Однако заряжаются нынешние аккумуляторы очень долго, иногда десятки часов, поэтому их полное восстановление в пути проблематично. Второй недостаток состоит в том, что разведанных запасов руд для производства кобальта, графита и лития попросту не хватит при электромобилизации всего человечества. Если батареи электромобилей останутся принципиально такими же, их попросту не достанется всем желающим.

Несмотря на эти соображения, власти самого «зеленого» в США штата Калифорния приняли решения в ближайшие 13 лет полностью заменить автомобили с двигателями внутреннего сгорания на электрические, а Евросоюз ввел против первых драконовские меры.

Выход предложили исследователи университета штата Пенсильвания во главе с профессором механической инженерии Вэнгом Чао-Янгом (Chao-Yang Wang). Они слегка модифицировали литий-ионную батарею (265 киловатт-часов на килограмм веса), чтобы она быстрее заряжалась. Это позволило ученым за 12 минут зарядить ее до 75% емкости. Они смогли сделать это более 900 раз. Суммарный энергоресурс такого числа зарядок эквивалентен пробегу в 800 тысяч км.

Секрет быстрой зарядки батареи кроется в оптимизации идущих в ней электрохимических реакций в режиме реального времени. Делается это автоматически с помощью непрерывной регуляции ее температурного режима. Если раньше ее помещали в емкость с регулируемой температурой, то теперь физики внесли небольшие изменения в саму конструкцию, вставив внутрь ультратонкую никелевую фольгу. Она-то и позволяет регулировать температуру заряда современных автомобильных аккумуляторов для поддержания в высокоактивном состоянии их электрохимических процессов. Ученые также построили теоретическую модель происходящих явлений.

Профессор Чао-Янг отмечает, что его технология быстрой зарядки в пути позволит понизить емкость средней автомобильной батареи в три раза. Однако это будет справедливо только при наличии разветвленной сети станций для зарядки электромобилей. Необходимо и массовое принятие технологии автовладельцами. На наш взгляд, новая технология не меняет ситуацию радикально, как это пытается представить рассказавший о ней журнал «Nature». (Nature, October 12, 2022)