En un momento en que los vehículos eléctricos son cada vez más "calientes", los materiales de la batería también son cada vez más diversificados.
Los materiales de batería de los vehículos eléctricos tienen diferentes opciones, como las baterías de litio de Estado sólido.
Un material especial, la lámina de níquel, puede llenar la mayor parte de la carga en unos 10 minutos añadiendo una fina capa de níquel al interior de la batería. Esto puede proporcionar una alternativa más económica a los vehículos eléctricos equipados con múltiples baterías caras.
Por ejemplo, cuando se viajan vehículos eléctricos remotos tradicionales, las baterías con una capacidad de 120 kilovatios - hora y que requieren una hora de carga completa se pueden reemplazar por baterías con una capacidad de 60 kilovatios - hora y solo 10 minutos de carga, y la autonomía de las dos se mantiene muy cerca.
Con el auge del concepto de despegue y aterrizaje vertical eléctrico (evtol), los requisitos únicos de la industria para el rendimiento de la batería también plantean grandes desafíos. En comparación con las baterías de energía EV que galopan por la carretera, además de la densidad de energía y la Potencia de salida, también tenemos que tener en cuenta el rendimiento de las baterías evtol en términos de eficiencia de carga rápida, vida útil del ciclo y, lo que es más importante, seguridad de la batería.
En los últimos años, hemos visto cada vez más proyectos evtol. Se centra en los servicios de tráfico aéreo urbano de corta distancia para evitar la congestión de las carreteras terrestres.
Además de optimizar el diseño del fuselaje del vehículo, la batería evtol, que tiene un rendimiento bastante excelente en todas las dimensiones, también es una parte indispensable de este tipo de proyectos.
Por ejemplo, la densidad energética de la batería debe ser alta, pero el volumen importante también debe ser bastante ligero. Y durante el despegue y aterrizaje, tales baterías deben ser capaces de producir suficiente potencia.
La buena noticia es que en un artículo publicado en la revista joule, Chao - Yang wang, ingeniero de automóviles, maquinaria, materiales químicos y Director del Centro de energía electroquímica de la Universidad Estatal de pensilvania, dijo:
Los iones de litio con láminas de níquel que estudia no solo pueden cargarse rápidamente, sino que también pueden mantener una autonomía de 80 kilómetros.
Y para alcanzar objetivos de costo razonables, el evtol debe ser capaz de soportar 15 viajes durante las horas punta de la mañana y la noche.
Por ejemplo, de una ciudad a un aeropuerto, lleva de 3 a 4 pasajeros y vuela unos 80 kilómetros.
Pero obviamente hay muchas restricciones para lograr el objetivo ideal en muchos aspectos. Por ejemplo, la carga rápida a menudo conduce a un menor número de cargas circulares de la batería, y la alta densidad de energía puede reducir la velocidad de carga.
Sin embargo, ahora, el equipo de investigación que dirige ha desarrollado un prototipo de batería capaz de procesar 80 kilómetros de autonomía evtol, una densidad de energía de 271 Wh / kg, una carga rápida de 5 a 10 minutos y 2.000 ciclos de carga y descarga.
Chao - Yang Wang dijo que han creado una primera versión de la batería evtol que es comercialmente factible. Él y sus colegas tardaron unos 10 años, desde la idea de descubrir accidentalmente la batería, hasta varios prototipos de batería que perfeccionaron la demostración.
Y el mayor desafío que encuentran es minimizar la complejidad de estas estructuras autocalentadas. Para ello, los científicos introdujeron láminas de níquel de 10 micras de espesor en las baterías para ayudarlas a calentarse rápidamente a 60 grados celsius, logrando así una eficiencia óptima de carga rápida sin formar dendritos de litio que pudieran perforar la batería interna.
Además, el calentamiento ayuda a aliviar el problema de que las baterías evtol no permiten una descarga completa durante el funcionamiento, ya que el sistema siempre tiene que reservar una parte de la electricidad para hacer frente a la demanda de electricidad de alta potencia en la etapa de despegue y aterrizaje.
Pero cuando la batería se agota, su resistencia a la carga también es relativamente baja. Cuanto más electricidad restante, más lenta será la velocidad de carga. Afortunadamente, al calentar la batería prototipo de evtol, descubrimos que esto le ayuda a liberar rápidamente la energía restante y activar rápidamente la carga rápida.
Chao - Yang Wang dijo que la velocidad de esta tecnología de autocalentamiento es de 1 a 5 grados Celsius por segundo. Incluso por cada 10 ° C de aumento de la temperatura, su consumo de energía es solo del 0,8%.
Al mismo tiempo, la lámina de níquel incrustada en la batería evtol solo aumentará menos del 1,5% en volumen de peso y menos del 0,3% en costos adicionales.
En la actualidad, el equipo de investigación está tratando de aplicar este esquema a aplicaciones electroquímicas de mayor densidad energética, y su objetivo es crear una batería evtol de próxima generación con una densidad energética de hasta 350 a 400 Wh / kg, soporte de carga rápida de 5 a 10 minutos y un costo tan bajo como $50 / kwh.
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