Nový výzkum by mohl být „změnou hry“. ale ještě není připraven
Publikováno 05. května 2020
Sdílet článek
MODERNÍ elektromobily jsou schopny ujet stovky kilometrů na jedno nabití, ale jejich dosažení dále je omezeno současnou chemií lithium-iontových baterií. Pokud chcete zvýšit dojezd, musí výrobci automobilů zvětšit baterii, což zvyšuje hmotnost a náklady pro spotřebitele.
Nyní tým bateriových inženýrů na Dalhousie University v Novém Skotsku v Kanadě ve spolupráci s výrobcem elektromobilů Tesla zveřejnil výzkum, který by mohl prodloužit dojezd elektromobilů, aniž by se zvětšila velikost baterie.
Dokument od Jeff Dahn Research Group, který uvádí svého průmyslového sponzora jako Tesla Motors/Energy a zahrnuje dva studenty, kteří mají v Tesle role, popisuje spojení standardní lithium-iontové baterie s jiným, energeticky hustším typem, který lze použít pouze pro ty málo časté cesty na dlouhé vzdálenosti.
„Abychom vyvinuli článek s vysokou energetickou hustotou a delší životností, navrhujeme hybridní lithium-iontový/lithný kovový článek, kterého je dosaženo cíleným pokovováním lithiového kovu na grafit,“ uvádí článek, který byl publikován v roce joule.
Nahrazení grafitové anody v konvenčních lithium-iontových článcích lithiovým kovem zvyšuje hustotu energie o 20 %, uvádí se. To znamená, že hybridní baterie stejné fyzické velikosti jako 248-mílová lithium-iontová baterie by mohla dorazit 298 mil.
Problém je v tom, že lithiové kovové anody jsou „sužovány rychlou ztrátou kapacity a krátkou životností článků“. Aby se tomu zabránilo, výzkumná skupina navrhuje používat lithiovou kovovou část článku pouze zřídka.
To je možné snížením napětí hybridního článku v normálním režimu. To má za následek 25% pokles dojezdu ve srovnání se standardní lithium-iontovou baterií, takže výše popsaný balíček by byl schopen ujet 186 mil při každodenním provozu. Celých 298 mil by však bylo dostupných stisknutím tlačítka.
Snížený standardní dojezd by podle listu nebyl pro 99 % řidičů problém, protože výzkum ukázal, že pouze 1 % denních cest je v průměru delších než 202 mil.
Podle samostatné studie Evropské komise je průměrná denní vzdálenost ujetá ve Spojeném království 25 mil. To znamená, že maximální dojezd každého elektromobilu je potřeba jen na velmi málo cestách ročně.
Hybridní baterie by tedy mohla poskytnout více než dostatečný dojezd pro každodenní použití, ale v případě potřeby umožnit elektromobilům dojet ještě dále než lithium-iontová sada.
Není to poprvé, co Tesla navrhla technologii hybridních baterií. V roce 2014 společnost požádala o patent na hybridní baterii, která spojila lithium-iontové články s „vysokým výkonem, střední hustotou“, které se ideálně hodí pro těžké zvedání (zrychlení, vysoká rychlost, stoupání do kopce), s „vysokou hustotou, střední hustotou“. power“ kov-vzduchové články, které by mohly být použity pro „základní dodávku energie“. Druhý jmenovaný by byl ale opět nasazován pouze na dálkové cesty.
Hlavním problémem je životnost chemie kov-vzduch. Dokonce i v nejnovější publikaci tým Jeffa Dahna uvádí, že jeho lithium-kovová technologie klesne na 80% účinnost po 150 nabíjecích cyklech. To je až o 15 cyklů, díky novému elektrolytu s dvojitou solí a „aplikovanému mechanickému tlaku“, i když by to mohlo znamenat, že články hybridní baterie z druhé ruky mohou být podstatně unavenější než běžná lithium-iontová baterie, v závislosti na o tom, jak se používal.
Fred Lambert, šéfredaktor a hlavní spisovatel na Electrek, poznamenal: „Výzkum je stále v raných fázích a přestože prokázal určité působivé zlepšení výkonu hybridních buněk, může to být ještě dlouhá cesta ke komercializaci.“
Lambert se však domnívá, že výzkum by mohl být „změnou hry“ pro dálkové elektrické motorizace a navrhl, aby se standardní lithium-iontové elektromobily prodávaly spolu s hybridními verzemi stejného modelu.
Tesla prostřednictvím své výzkumné pobočky v Kanadě zveřejnila výsledky výzkumu hybridních Lithium-Ion/Lithium Metal Cells, které lze použít k vytvoření toho, co lze nejlépe popsat jako plně elektrická auta s prodlužovačem dojezdu.
Obvykle, když mluvíme o elektrických vozidlech s prodlužovačem dojezdu, mluvíme o elektromobilu na baterie s malým benzinovým spalovacím motorem, který funguje jako generátor pro dobíjení baterie, když uživatel chce mít větší dojezd.
Dobrým příkladem je BMW i3 Rex. Byl vybaven baterií umožňující dojezd 126 mil (203 km) na čistě elektrický dojezd, který mohl být se spalovacím motorem prodloužen na 200 mil (320 km).
Nyní v novém článku výzkumná skupina pro baterie Tesly přichází s podobným konceptem – ale zůstává plně elektrický. Jak?
Výzkum provedl Jeff Dahn a jeho tým na University of Dalhousie v Kanadě.
Jak jsme již dříve uvedli, Dahn je průkopníkem ve výzkumu Li-Ion baterií a v roce 2016 navázal partnerství s Teslou, která nyní financuje jeho výzkumnou skupinu na Univerzitě Dalhousie pod divizí Tesly ‚Advanced Battery Research‘.
Pro tuto konkrétní práci na výzkumu hybridních lithium-iontových/lithných kovových článků Dahn spolupracuje se svými studenty Matthew Genovese, A.J. Louli, Rochelle Weber a Cameron Martin. Poslední dva mají role přímo u automobilky.
V článku, který byl publikován ve vědeckém časopise Joule minulý měsíc, popisují nový typ bateriového článku, který využívá jak dlouhou životnost článků Li-Ion, tak vysokou hustotu energie lithiových kovových článků:
„Zvýšení energetické hustoty baterií sníží náklady na elektromobily a umožní delší dojezdy. Nahrazení grafitové anody v běžných lithium-iontových článcích lithiovým kovem výrazně zvyšuje hustotu energie. Lithium-kovové anody však trpí rychlou ztrátou kapacity a krátkou životností článku. Pro vývoj článku s vysokou energetickou hustotou a delší životností navrhujeme hybridní lithium-iontový/lithný kovový článek, kterého je dosaženo cíleným pokovováním lithiového kovu na grafit. Přestože nežádoucí lithiové pokovování je běžně degradačním mechanismem v konvenčních lithium-iontových článcích, dosahujeme reverzibilního lithiového pokovování na grafitu s optimalizovaným elektrolytem s dvojitou solí. Navíc, protože baterie často nejsou cyklovány na 100 % své kapacity, mohou být tyto hybridní články provozovány v lithium-iontovém režimu s malou degradací po většinu své životnosti s periodickými cykly plně nabitého lithium-kovu pro prodloužení kapacity.
Zde je schéma buněk:
Vědci v článku popisují, co by to mohlo znamenat, kdyby tuto technologii využíval elektromobil:
„Pokud elektrické vozidlo s konvenční lithium-iontovou baterií dokáže zajistit dojezd 400 km, pak hybridní články mohou umožnit dojezd 480 km. Omezením horního vypínacího napětí hybridních článků pro provoz v lithium-iontovém režimu se průměrné napětí článku a dodávaná kapacita sníží. Výsledkem je, že provoz hybridního článku v lithium-iontovém režimu poskytuje energetickou hustotu 530 Wh/l, asi o 25 % méně než konvenční lithium-iontový článek. To by vedlo k dojezdu 300 km. Ve studii jízdního chování elektromobilů Smart et al.34 ukázali, že pouze 1 % denních cest je v průměru delších než 325 km. Provoz hybridních článků po většinu času v lithium-iontovém režimu umožňujícím dojezd 300 km při pravidelném používání kovové části lithia na dlouhé cesty > 400 km, jak je napodobeno tímto testovacím protokolem, by mělo být pro většinu řidičů životaschopné.
Teď to neznamená, že tam ještě jsou. Výzkum je stále v raných fázích, a přestože prokázaly určité působivé zlepšení výkonu hybridních buněk, může to být ještě dlouhá cesta ke komercializaci.
Nebylo by to však poprvé, co Tesla zkoumá hybridní baterie od doby, kdy automobilka požádala o patenty na hybridní Li-Ion/Li Metal baterie v roce 2013.
Electrek’s Take
Pokud dojde k uskutečnění, mohlo by to být skutečnou změnou hry.
Právě teď většina řidičů Tesly a dalších majitelů elektrických vozidel s dlouhým dojezdem tahá každý den stovky liber baterií, které ve skutečnosti nakonec použijí jen párkrát do roka.
Díky tomu je vůz méně účinný na většině jeho cest.
Pokaždé, když o tom píšu, spousta lidí říká, že to není pravda, protože každý týden udělají 300 mil. Jistě, existují výjimky, ale tady mluvíme o většině lidí.
Normou je relativně krátké dojíždění každý den a občasný delší výlet.
Tato nová baterie v elektromobilu by řidičům umožnila dosáhnout vyšší efektivity při dojíždění při zachování životnosti jejich bateriového bloku a poté, když to budou potřebovat, mohli by baterii používat jako Li-Metal baterii a umožnit tak delší dojezd na silnici. výlet.
Myslím, že by to byla pouze možnost a lidé by si stále mohli kupovat elektromobily s dlouhým dojezdem.
Co myslíš? Dejte nám vědět v sekci komentářů níže.
FTC: Používáme automatické přidružené odkazy. Více
Přihlaste se k odběru Electrek ve Zprávách Google a zůstaňte v obraze s nejnovějším obsahem. Čtete Electrek – odborníky, kteří den co den přinášejí novinky o Tesle, elektrických vozidlech a zelené energii. Nezapomeňte se podívat na naši domovskou stránku pro všechny nejnovější zprávy a sledovat Electrek na Twitteru, Facebooku a LinkedIn, abyste zůstali v obraze. nevíte, kde začít? Podívejte se na náš kanál YouTube pro nejnovější recenze.
