Надшвидкі зарядні акумулятори, які можна зарядити на 70% всього за дві хвилини

Вчені з Наньянського технологічного університету (NTU Singapore) розробили новий акумулятор, який можна зарядити до 70 відсотків лише за 2 хвилини. Акумулятор також матиме більший термін служби понад 20 років.

Очікується, що це стане наступною великою справою в технології акумуляторів, цей прорив має широкий вплив на багато галузей, особливо для електромобілів, які в даний час стримуються тривалим часом перезарядки понад 4 години та обмеженим терміном служби акумуляторів.

Це наступне покоління літій-іонних акумуляторів дозволить електромобілям заряджатися в 20 разів швидше, ніж нинішня технологія. За допомогою нього електромобілі також зможуть позбутися частої заміни акумулятора. Нова батарея зможе витримати понад 10 000 циклів зарядки - у 20 разів більше, ніж нинішні 500 циклів сучасних батарей.

Вчені NTU в Сінгапурі замінили традиційний графіт, що використовується для анода (негативного полюса) в літій-іонних батареях, новим гелевим матеріалом, виготовленим з діоксиду титану, рясного, дешевого та безпечного матеріалу, що міститься в грунті. Зазвичай він використовується як харчова добавка або в якості сонцезахисних лосьйонів для поглинання шкідливих ультрафіолетових променів.

Природно виявлений у сферичній формі, NTU Singapore розробив простий метод перетворення частинок діоксиду титану в крихітні нанотрубки, які в тисячу разів тонші за діаметр людського волосся.

Ця наноструктура допомагає прискорити хімічні реакції, що протікають у новій батареї, забезпечуючи надшвидку зарядку.

Винайдена доцентом Чень Сяодуном з Школи матеріалознавства та техніки при НТУ Сінгапур, наука, що лежить в основі утворення нового гелю діоксиду титану, була опублікована в останньому випуску Advanced Materials, провідного міжнародного наукового журналу в галузі матеріалознавства.

Професор НТУ Рашид Язамі, який 34 роки тому був співавтором літієво-графітового анода, який сьогодні використовується в більшості літій-іонних акумуляторів, заявив, що винахід професора Чена є наступним великим стрибком у технології батарей.

"Хоча вартість літій-іонних акумуляторів значно знизилась, а їх продуктивність покращилася з тих пір, як Sony випустила їх у продаж у 1991 році, ринок швидко розширюється у напрямку нових застосувань в електричній мобільності та зберіганні енергії", - сказав професор Язамі.

"Є ще місце для вдосконалення, і одна з таких ключових сфер - це щільність потужності - скільки енергії може зберігатися в певному обсязі - що безпосередньо пов'язано зі здатністю до швидкої зарядки. В ідеалі, час заряду акумуляторів в електромережі транспортних засобів має бути менше 15 хвилин, що довів наноструктурований анод професора Чена ".

Професор Язамі, який є колегою професора Чена з NTU Singapore, не є частиною цього дослідницького проекту і в даний час розробляє нові типи акумуляторів для електромобілів в Інституті досліджень енергії при NTU (ERI @ N).

Комерціалізація технологій

Просуваючись вперед, дослідницька група професора Чена подаватиме заявку на отримання гранту Proof-of-Concept для створення масштабного прототипу акумулятора. Запатентована технологія вже зацікавила галузь.

Наразі ця технологія отримала ліцензію компанії, і професор Чень очікує, що нове покоління швидкозарядних акумуляторів з’явиться на ринку через два роки. Це має великий потенціал для подолання давніх проблем з енергоресурсами, пов'язаних з електромобільністю.

"За допомогою нанотехнологій електромобілі зможуть різко збільшити свій діапазон лише за п'ять хвилин зарядки, що відповідає часу, необхідному для перекачування бензину для сучасних автомобілів", - додав професор Чен.

"Не менш важливим є те, що тепер ми можемо різко скоротити відходи, що утворюються утилізованими батареями, оскільки наші батареї працюють у десять разів довше, ніж поточні літій-іонні батареї".

Тривалий термін експлуатації нової батареї також означає, що водії економить на вартості заміни батареї, яка може коштувати понад 5000 доларів США кожен.

Простота у виготовленні

За даними Frost & Sullivan, провідної фірми, що займається питаннями зростання, світовий ринок акумуляторних літій-іонних акумуляторів прогнозується у 2016 році на 23,4 млрд. Доларів США.

Літій-іонні батареї зазвичай використовують добавки для прив'язки електродів до анода, що впливає на швидкість, з якою електрони та іони можуть переходити в батареї та виходити з них.

Однак нові зшиті електроди на основі нанотрубок на основі діоксиду титану усувають потребу в цих добавках і можуть запакувати більше енергії в ту саму кількість простору.

"Виготовити цей новий нанотрубковий гель дуже просто", - додав професор Чен. "Діоксид титану та гідроксид натрію змішують між собою та перемішують при певній температурі. Виробникам батарей буде легко інтегрувати наш новий гель у свої поточні виробничі процеси".

Цей проект досліджень акумуляторів зайняв у команди чотирьох вчених з НТУ Сінгапуру три роки, і фінансується Національним фондом досліджень Сінгапуру.

У минулому році професор Язамі був нагороджений Національною інженерною академією призом Дрейпера за його новаторську роботу з розробки літій-іонної батареї разом з трьома іншими вченими.