Av A’ndrea Elyse Messer, 18 januari 2021
UNIVERSITY PARK, Pa. — Räckviddsångest, rädslan för att ta slut på ström innan man kan ladda ett elfordon, kan vara ett minne blott, enligt ett team av Penn State-ingenjörer som tittar på litiumjärnfosfatbatterier som har en räckvidd på 250 miles med möjlighet att ladda på 10 minuter.
"Vi utvecklade ett ganska smart batteri för elfordon på massmarknaden med kostnadsparitet med fordon med förbränningsmotorer", säger Chao-Yang Wang, William E. Diefenderfer Ordförande för maskinteknik, professor i kemiteknik och professor i materialvetenskap och teknik, och chef för Electrochemical Engine Center i Penn State. "Det finns ingen längre räckviddsångest och det här batteriet är överkomligt."
Forskarna säger också att batteriet ska vara bra för 2 miljoner mil under sin livstid.
De rapporterar idag (18 jan) i Nature Energy att nyckeln till lång livslängd och snabb laddning är batteriets förmåga att snabbt värma upp till 140 grader Fahrenheit, för laddning och urladdning, och sedan svalna när batteriet inte fungerar.
"Den mycket snabba laddningen gör att vi kan minska batteriet utan att drabbas av räckviddsångest", sa Wang.
Batteriet använder en självuppvärmningsmetod som tidigare utvecklats i Wangs centrum. Det självuppvärmande batteriet använder en tunn nickelfolie med ena änden fäst vid minuspolen och den andra sträcker sig utanför cellen för att skapa en tredje pol. När elektronerna väl flödar värmer den snabbt upp nickelfolien genom motståndsuppvärmning och värmer insidan av batteriet. När batteriets interna temperatur är 140 grader F öppnas strömbrytaren och batteriet är redo för snabb laddning eller urladdning.
Wangs team modellerade detta batteri med hjälp av befintlig teknik och innovativa metoder. De föreslår att med denna självuppvärmningsmetod kan de använda lågkostnadsmaterial för batteriets katod och anod och en säker lågspänningselektrolyt. Katoden är termiskt stabil, litiumjärnfosfat, som inte innehåller något av de dyra och kritiska materialen som kobolt. Anoden är gjord av mycket stor partikelgrafit, ett säkert, lätt och billigt material.
På grund av självuppvärmningen sa forskarna att de inte behöver oroa sig för ojämn avsättning av litium på anoden, vilket kan orsaka litiumspikar som är farliga.
"Detta batteri har minskat vikt, volym och kostnad," sa Wang. "Jag är mycket glad att vi äntligen hittat ett batteri som kommer att gynna den vanliga konsumentmassmarknaden."
Enligt Wang kan dessa mindre batterier producera en stor mängd energi vid uppvärmning - 40 kilowattimmar och 300 kilowatt effekt. Ett elfordon med det här batteriet kunde gå från noll till 60 miles per timme på 3 sekunder och skulle köra som en Porsche, sa han.
"Det är så vi kommer att förändra miljön och inte bara bidra till lyxbilarna", sa Wang. "Låt alla ha råd med elfordon."
Andra forskare från Penn State som arbetade med detta projekt var Xiao-Guang Yang, biträdande forskningsprofessor i maskinteknik, och Teng Liu, doktorand i maskinteknik.
U.S.A. Department of Energy's Office of Energy Efficiency and Renewable Energy och William E Diefenderfer Endowment stödde denna forskning.
Med tillstånd av Penn State News &Research
Utvald bild:med tillstånd av Zach Shahan
