Door A'ndrea Elyse Messer, 18 januari 2021
UNIVERSITY PARK, Pa. - Bereikangst, de angst om zonder stroom te komen voordat je een elektrisch voertuig kunt opladen, behoort misschien tot het verleden, volgens een team van Penn State-ingenieurs die kijken naar lithium-ijzerfosfaatbatterijen die hebben een bereik van 250 mijl met de mogelijkheid om in 10 minuten op te laden.
"We hebben een behoorlijk slimme batterij ontwikkeld voor elektrische voertuigen voor de massamarkt die qua kosten vergelijkbaar zijn met voertuigen met een verbrandingsmotor", zegt Chao-Yang Wang, William E. Diefenderfer, leerstoel voor werktuigbouwkunde, hoogleraar chemische technologie en hoogleraar materiaalwetenschappen en techniek, en directeur van het Electrochemical Engine Center in Penn State. "Er is geen angst meer voor het bereik en deze batterij is betaalbaar."
De onderzoekers zeggen ook dat de batterij tijdens zijn levensduur 2 miljoen mijl mee moet gaan.
Ze melden vandaag (18 januari) in Nature Energy dat de sleutel tot een lange levensduur en snel opladen het vermogen van de batterij is om snel op te warmen tot 140 graden Fahrenheit, voor opladen en ontladen, en vervolgens af te koelen wanneer de batterij niet werkt.
"De zeer snelle lading stelt ons in staat om de batterij te verkleinen zonder angst voor het bereik", zei Wang.
De batterij maakt gebruik van een zelfverwarmende aanpak die eerder is ontwikkeld in het centrum van Wang. De zelfverwarmende batterij maakt gebruik van een dunne nikkelfolie waarvan het ene uiteinde is bevestigd aan de negatieve pool en het andere uiteinde buiten de cel om een derde pool te creëren. Zodra elektronen stromen, warmt het de nikkelfolie snel op door weerstandsverwarming en verwarmt het de binnenkant van de batterij. Zodra de interne temperatuur van de batterij 140 graden F is, gaat de schakelaar open en is de batterij klaar om snel op te laden of te ontladen.
Het team van Wang heeft deze batterij gemodelleerd met behulp van bestaande technologieën en innovatieve benaderingen. Ze suggereren dat ze met deze zelfverhittingsmethode goedkope materialen kunnen gebruiken voor de kathode en anode van de batterij en een veilige laagspanningselektrolyt. De kathode is thermisch stabiel, lithiumijzerfosfaat, dat geen van de dure en kritische materialen zoals kobalt bevat. De anode is gemaakt van grafiet met zeer grote deeltjes, een veilig, licht en goedkoop materiaal.
Vanwege de zelfverhitting hoeven de onderzoekers zich geen zorgen te maken over ongelijkmatige afzetting van lithium op de anode, wat gevaarlijke lithiumpieken kan veroorzaken.
"Deze batterij heeft minder gewicht, volume en kosten", zegt Wang. "Ik ben erg blij dat we eindelijk een batterij hebben gevonden die de reguliere consumentenmassamarkt ten goede zal komen."
Volgens Wang kunnen deze kleinere batterijen bij verhitting een grote hoeveelheid stroom produceren - 40 kilowattuur en 300 kilowatt vermogen. Een elektrisch voertuig met deze batterij zou in 3 seconden van 0 naar 60 mijl per uur kunnen gaan en zou rijden als een Porsche, zei hij.
"Dit is hoe we de omgeving gaan veranderen en niet alleen bijdragen aan de luxe auto's", zei Wang. "Laat iedereen zich elektrische voertuigen veroorloven."
Andere Penn State-onderzoekers die aan dit project werkten, waren Xiao-Guang Yang, assistent-onderzoeksprofessor werktuigbouwkunde, en Teng Liu, doctoraalstudent werktuigbouwkunde.
Het Amerikaanse Department of Energy's Office of Energy Efficiency and Renewable Energy en de William E Diefenderfer Endowment hebben dit onderzoek ondersteund.
Met dank aan Penn State News &Research
Uitgelichte afbeelding:met dank aan Zach Shahan
