¿El coche eléctrico está completamente cargado en solo un minuto?

Una sustancia que parece estar fuera de los límites de la batería se ha convertido en la clave para romper el cuello de botella de la tecnología de la batería. Investigadores de Nanotek Instruments, Inc., EE. UU., Han desarrollado un nuevo tipo de dispositivo de almacenamiento de energía que utiliza iones de litio para transportar rápidamente una gran cantidad de movimiento entre la superficie del grafeno y el electrodo, lo que reduce el tiempo que lleva cargar una batería de un de pocas horas a menos de un minuto. La investigación se publicó en un número reciente de nano letras.

El rendimiento de la carga de la batería se convierte en el mayor desafío para el desarrollo de vehículos eléctricos

Como todos sabemos, los vehículos eléctricos se consideran la dirección de desarrollo futuro de los automóviles debido a sus características limpias y de ahorro de energía, pero el principal cuello de botella técnico al que se enfrenta el desarrollo de vehículos eléctricos es la tecnología de las baterías. Esto se manifiesta principalmente en los siguientes aspectos: Primero, la densidad de almacenamiento de energía de la batería se refiere a la cantidad de energía almacenada en un determinado espacio o material de masa, y el problema a resolver es qué tan lejos se carga el vehículo eléctrico una vez. El segundo es el rendimiento de carga de la batería. La gente espera que la carga de los vehículos eléctricos se pueda completar en unos pocos minutos, como el reabastecimiento de combustible, pero el problema que consume mucho tiempo es siempre un obstáculo difícil de superar con la tecnología de la batería. Las horas de carga suelen desanimar a muchas personas interesadas en los coches eléctricos. Por lo tanto, algunas personas se refieren al rendimiento de carga de las baterías de los vehículos eléctricos como el verdadero cuello de botella en el desarrollo de los vehículos eléctricos.

En la actualidad, la tecnología de baterías de litio y supercondensadores se utilizan principalmente en tecnología de baterías, y las baterías de litio y los supercondensadores tienen diferentes longitudes. Las baterías de iones de litio tienen una alta densidad de almacenamiento de energía de 120 vatios / kg a 150 vatios / kg, y los supercondensadores tienen una baja densidad de almacenamiento de energía de 5 vatios / kg. Sin embargo, las baterías de litio tienen una densidad de potencia baja de 1 kW / kg, mientras que los supercondensadores tienen una densidad de potencia de 10 kW / kg. Actualmente, una gran cantidad de trabajo de investigación se centra en mejorar la densidad de potencia de las baterías de iones de litio o aumentar la densidad de almacenamiento de energía de los supercondensadores, pero los desafíos son enormes.

El nuevo estudio evita el desafío utilizando el material mágico del grafeno. El grafeno se ha convertido en la primera opción para los nuevos equipos de almacenamiento de energía porque tiene las siguientes características: es el material con mayor conductividad, que es cinco veces superior al cobre; tiene una gran capacidad de disipación de calor; baja densidad, cuatro veces más baja que el cobre y más liviana. Cuando el área de la superficie es el doble que la de los nanotubos de carbono, la resistencia supera la del acero; el módulo de Young ultra alto y la fuerza intrínseca más alta; el área de superficie específica (es decir, el área total por unidad de masa de material) es alta; la reacción de desplazamiento no es fácil de producir.

El nuevo equipo hace que los autos eléctricos se carguen completamente en menos de 1 minuto

El nuevo dispositivo de almacenamiento de energía, también conocido como batería de intercambio de iones de litio de superficie de grafeno, o simplemente batería mediada por superficie (SMCS), combina las ventajas de las baterías de litio y los supercondensadores, al tiempo que combina una alta densidad de potencia y una alta densidad de almacenamiento de energía. . Aunque los equipos de almacenamiento de energía actuales aún no han adoptado materiales y estructuras optimizados, su rendimiento ha superado al de las baterías de iones de litio y los supercondensadores. La densidad de potencia del nuevo dispositivo (es decir, la potencia máxima de salida de la batería dividida por el peso o el volumen de todo el sistema de pila de combustible) es de 100 kW / kg, que es 100 veces mayor que las baterías comerciales de iones de litio y 10 veces más más alto que los supercondensadores. La densidad de potencia es alta, la tasa de transferencia de energía es alta y el tiempo de carga se reduce. Además, la nueva batería tiene una densidad de almacenamiento de energía de 160 vatios / kg, que es comparable a las baterías comerciales de iones de litio y es 30 veces mayor que los supercondensadores convencionales. Cuanto mayor sea la densidad de almacenamiento de energía, más energía se almacena.

La clave del SMC es su gran superficie de grafeno en su cátodo y ánodo. Al fabricar baterías, los investigadores colocaron metal de litio en el ánodo. En la primera descarga, el metal de litio se ioniza y migra al cátodo a través del electrolito. Los iones atraviesan los pequeños orificios de la superficie del grafeno y llegan al cátodo. Durante el proceso de carga, debido a la gran superficie del electrodo de grafeno, una gran cantidad de iones de litio pueden migrar rápidamente del cátodo al ánodo para formar una alta densidad de potencia y una alta densidad de energía. Los investigadores explicaron que el intercambio de iones de litio en la superficie del electrodo poroso puede eliminar el tiempo requerido para el proceso de intercalación. En el estudio, los investigadores prepararon varios tipos de materiales de grafeno como el óxido de grafeno, el grafeno de una sola capa y el grafeno de múltiples capas para optimizar la configuración del material del dispositivo. El siguiente paso será centrarse en el ciclo de vida de la batería. La investigación actual muestra que después de cargar 1000 veces, se puede retener el 95% de la capacidad; después de cargar 2000 veces, no se ha encontrado ninguna estructura cristalina. Los investigadores también planean explorar el impacto de diferentes mecanismos de almacenamiento de litio en el rendimiento del dispositivo.

Los estudios han demostrado que con el mismo peso, solo la batería de litio se reemplaza por el SMC que no ha sido optimizado, y la distancia de conducción del SMC o el vehículo eléctrico con batería de iones de litio es la misma, pero el tiempo de carga del SMC es menos de un minuto, mientras que la batería de iones de litio debe contarse una hora. Los investigadores creen que el rendimiento de SMC será mejor después de la optimización.

Si el automóvil eléctrico es muy popular en el futuro, la estación de carga se establece en la estación de servicio y el resultado será una escena muy interesante, es decir, el tiempo de carga del automóvil eléctrico será más rápido que el reabastecimiento de combustible, y es más barato que repostar. Los investigadores dijeron que además de los vehículos eléctricos, el equipo también se puede utilizar para el almacenamiento de energía renovable (como el almacenamiento de energía solar y eólica) y redes inteligentes.

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