Литий-ионный аккумулятор нагревается и работает при отрицательных температурах

Новые литий-ионные аккумуляторы смогут найти применение в любом климате. Они способны саморазогреваться, чтобы преодолеть точку кристаллизации на морозе, с незначительной потерей при этом в емкости и мощности батареи, отмечают исследователи.

Этот прогресс поможет в создании устройств, для которых высокая производительность батареи необходима в условиях экстремально низких температур, включая электромобили в холодном климате, высотные БПЛА и аппараты для космических исследований. EC Power – это новое поколение выпускаемых пока пробными партиями аккумуляторных элементов, пригодных для использования в любом климате. Они могут быть установлены непосредственно в транспортные средства, говорит ведущий специалист исследования Чао-Янг Ванг, инженер по механике и электрохимии из университете штата Пенсильвания.

Предыдущие попытки помочь литий-ионным батареям эффективнее работать при низких температурах включали специальные добавки в электролиты, которые соединяются с электродами батарей. Однако, такие добавки могут приводить к выделению газов при высоких температурах, что сокращает срок службы батареи. Другая стратегия для сохранения работоспособности батарей на холоде предполагает внешнюю теплоизоляцию и обогрев батареи, но внешняя теплоизоляция и нагреватели делают батареи больше и тяжелее, что нежелательно в таких применениях, как высотные беспилотники, где есть жесткие ограничения по весу и пространству.

Теперь исследователи разработали то, что они называют всепогодным литий-ионным аккумулятором, который может нагреть себя до температуры выше точки замерзания электролита, без добавок или внешних нагревательных приборов. В структуру нового аккумулятора добавляется лист никелевой фольги шириной 50 микрометров. Такая конструкция позволяет батарее на морозе отводить часть электрического тока через фольгу для выделения тепла примерно с 90% энергоэффективностью. Как только этот нагреватель поднимает внутреннюю температуру батареи выше нуля, срабатывает переключатель, и батарея возвращается в нормальный режим работы.

Опытный экземпляр был способен поднять температуру с -20 °С до нуля примерно за 20 секунд, а с -30 °С до нуля примерно за 30 секунд, потребляя соответственно всего 3,8 % и 5,5 % от общей енергоемкости батареи. Подобный обогрев может помочь этим всепогодным аккумуляторам выдавать гораздо больше полезной энергии и серьезно увеличить пробег электромобилей до очередной станции зарядки, в сравнении с обычными литий-ионными аккумуляторами в сильные морозы, отмечают исследователи.

Например, исследователи рассчитали что их батарея может обеспечить 102 ватт/часа на килограмм веса при -40 °C, а батарея без никелевой фольги может дать лишь 0,3 ватт/часа на килограмм при этой же температуре. Также они отмечают, что их батарея может обеспечить в пять-шесть раз больше энергии при -30 °С, чем батареи без никелевой фольги.