Электромобили будут заряжаться быстрее даже в сильный холод

Владельцы электромобилей часто сталкиваются с неприятной особенностью эксплуатации своих машин в холодное время года: зарядка аккумуляторов происходит значительно медленнее. Это может привести к увеличению времени, проводимого на зарядных станциях во время длительных зимних поездок. Кроме того, низкие температуры влияют на химические процессы в батарее, а использование систем обогрева салона и сидений дополнительно расходует энергию. В совокупности эти факторы могут сократить запас хода электромобиля примерно на 25% при движении со скоростью около 113 км/ч по сравнению с поездками в тех же условиях, но при умеренной температуре.

Однако исследователи из Мичиганского университета предложили решение проблемы медленной зимней зарядки. Они разработали методику, которая путем незначительного изменения производственного процесса литий-ионных батарей позволяет значительно ускорить их зарядку при низких температурах – до пяти раз быстрее – без ущерба для энергоемкости аккумулятора. Их технология обеспечивает возможность так называемой зарядки «6C» при температуре до -10 °C.

Стоит пояснить, что обозначение «C» используется для выражения скорости зарядки относительно емкости аккумулятора. Например, для батареи емкостью 50 кВт⋅ч зарядка 1С означает мощность 50 кВт, а 6С – уже 300 кВт (6 умножить на 50 кВт). Такая скорость является чрезвычайно высокой и может стать отличной новостью для будущих владельцев электромобилей, эксплуатирующих их в холодных климатических условиях.

Причина замедления зарядки на морозе кроется в замедлении движения ионов лития между электродами через жидкий электролит внутри батареи. Это снижает не только скорость зарядки, но и общую мощность, отдаваемую аккумулятором. Ученые искали способ ускорить этот процесс.

Предложенный ими метод включает создание с помощью лазера микроскопических каналов в графитовом аноде – электроде, принимающем ионы лития во время зарядки. Этот подход хорошо работает при комнатной температуре, однако на холоде на поверхности анода образуется тонкий слой металлического лития, который мешает его взаимодействию с электролитом.

Чтобы преодолеть это препятствие, исследователи пошли дальше: они покрыли обработанный лазером графитовый анод специальным стекловидным материалом на основе борокарбоната лития. Как показали испытания, это покрытие позволяет ускорить зарядку в пять раз даже при отрицательных температурах. Результаты своей работы команда опубликовала в научном журнале Joule.

Исследователи отмечают, что их разработка потенциально способна устранить одну из главных причин беспокойства, которую называли американцы, опрошенные Американской автомобильной ассоциацией (AAA) в прошлом году относительно покупки электромобилей. Ученые намерены изучить способы интеграции своего метода в существующие процессы производства аккумуляторов. Это дает надежду, что в скором будущем появятся электромобили, способные заряжаться зимой так же быстро, как и в теплую погоду.