Jie ištrynė pirmapradę baterijų nuodėmę. Elektromobiliai nebebijos žiemos ()
Naujas akumuliatoriaus projektas gerokai išplečia darbinės temperatūros ribas – nuo –50 iki +75 °C.
© Tennen-Gas (CC BY-SA 3.0) | https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_vehicle_battery#/media/File:Nissan_Leaf_012.JPG
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Plačiai naudojami akumuliatoriai turi daugybę problemų, tarp kurių viena svarbiausių – atsparumas žemai temperatūrai. Kova su šia problema vyksta jau seniai, tačiau dabar ji pagaliau atnešė apčiuopiamų rezultatų.
Ličio jonų akumuliatoriai tapo neatsiejama mūsų pasaulio dalimi. Jie varo milijonus elektromobilių, tiekia energiją duomenų centrams ir kaupia elektros energiją visame pasaulyje. Tačiau jų konstrukcija buvo kuriama visiškai kitokiomis sąlygomis, nei tomis, kuriomis jie dabar veikia. Iš pradžių jie buvo skirti buitinės elektronikos prietaisams, dirbantiems stabilioje ir patogioje aplinkoje. Rezultatas? Kai temperatūra nukrenta žemiau –30 °C, akumuliatoriai praranda didelę dalį savo efektyvumo, o esant +45 °C tampa nestabilūs – taip nestabilūs, kad kraštutiniais atvejais gali net sprogti. Šis esminis apribojimas rimtai stabdo daugelio technologijų plėtrą.
Šiuolaikinių ličio jonų akumuliatorių problema šaltyje
|
Dabartiniai būdai kovoti su šia problema labiau primena laikinas priemones nei tikrus sprendimus. Išorinės šildymo ir aušinimo sistemos užima daug vietos, naudoja papildomą energiją ir reikalauja reguliarios priežiūros. Net ir taikant šias priemones, akumuliatorių darbinė temperatūra išlieka ribota – nuo –30 iki +45 °C. Tai smarkiai apsunkina elektromobilių naudojimą poliariniuose regionuose ar dykumose.
Kylant technologiniam progresui, iššūkiai tik didėja. Dirbtinio intelekto algoritmus apdorojantys duomenų centrai generuoja milžiniškus šilumos kiekius, pažangūs dronai turi veikti esant kintamoms oro sąlygoms, o elektromobiliai privalo būti patikimi nepaisant oro sąlygų. Kitaip tariant, tradiciniai akumuliatorių sprendimai jau nebepajėgia patenkinti šiuolaikinių reikalavimų.
Kaip išgelbėti akumuliatorius nuo šalčio? Dvigubas požiūris vietoje kompromisų
Pensilvanijos valstijos universiteto (Penn State) mokslininkų komanda pasiūlė sprendimą, paremtą paprasta, bet genialia idėja. Užuot ieškoję vienos universalios medžiagos, jie pasirinko dvigubą strategiją. Aukštai temperatūrai pritaikyti jie modifikavo elektrodus ir elektrolitus, pakeisdami lakius skystus elektrolitus saugesnėmis alternatyvomis. O siekdami išspręsti žemos temperatūros problemą, pridėjo vidinį šildymo elementą.
Pagrindinis šios sistemos komponentas – plona, maždaug 10 mikronų storio nikelio folija, vos storesnė nei žmogaus eritrocitas. Ji maitinama paties akumuliatoriaus energija ir leidžia sistemai savarankiškai reguliuoti temperatūrą, reikšmingai nepadidindama svorio ar tūrio. Tai elegantiškas sprendimas problemai, kuri iki šiol atrodė neįveikiama.
„Optimizuodami aukštai temperatūrai skirtas medžiagas ir įdiegdami vidinį šildytuvą, pagerinantį akumuliatoriaus veikimą šaltyje, galime įveikti šį terminį barjerą“, – aiškina profesorius Chao-Yang Wang iš Penn State universiteto.
Šio metodo revoliucingumas slypi tame, kad anksčiau visada tekdavo rinktis kompromisą: pagerinus veikimą šaltyje, pablogėdavo stabilumas karštyje – ir atvirkščiai. Penn State komandai pirmą kartą pavyko pasiekti abu tikslus vienu metu.
Praktinė nauda ir galimos taikymo sritys
Naujas akumuliatoriaus projektas gerokai išplečia darbinės temperatūros ribas – nuo –50 iki +75 °C. Tai didžiulis šuolis, lyginant su dabartinėmis technologijomis. Profesorius Wang teigia, kad tolesnės plėtros metu galima pasiekti net 70–85 °C ribas, o tai elektromobilių pramonei reikštų galimybę veikti praktiškai bet kurioje Žemės vietoje.
Kadangi šilumos valdymo sistema dabar integruota tiesiogiai į patį akumuliatorių, nebereikia išorinių šildymo ar aušinimo įrenginių – taip taupoma vieta, energija ir lėšos.
Ši technologija turi daug platesnes taikymo galimybes nei tik elektromobiliai. Ji gali būti naudinga palydovams, saulės elektrinėms dykumose, energijos kaupimo sistemoms ekstremaliuose klimatuose. Atsižvelgiant į nuolat augantį energijos poreikį, tai itin svarbus žingsnis. Penn State komanda jau planuoja šio sprendimo komercinį įdiegimą ir tolesnį tobulinimą.
Kaip pažymi profesorius Wang, mūsų visuomenė tampa vis labiau priklausoma nuo energijos. Dirbtinio intelekto, pažangių dronų ir elektromobilių raida reikalauja nuolat gerinti akumuliatorius, kurie viso to veikimą ir užtikrina.
