Οι ερευνητές του Cornell αναπτύσσουν πρωτοποριακή μπαταρία EV που φορτίζει σε κάτω από 5 λεπτά

[deniSun]

Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Lynden Archer, καθηγητή και κοσμήτορα του Cornell Engineering, ανέπτυξε μια νέα μπαταρία λιθίου που μπορεί να φορτίσει σε μόλις πέντε λεπτά. Αυτό θα μπορούσε να συμβάλει στην αντιμετώπιση του άγχους που συνδέεται με τον χρόνο φόρτισης των ηλεκτρικών οχημάτων (EV) και να αυξήσει την υιοθέτησή τους.

Στην προσπάθειά τους να μειώσουν τις εκπομπές ρύπων από τις μεταφορές, οι χώρες παγκοσμίως επιδιώκουν την ηλεκτροκίνηση διαφόρων τρόπων μεταφοράς. Οι οδικές μεταφορές, όπως τα αυτοκίνητα, τα λεωφορεία και τα φορτηγά, έχουν ηγηθεί αυτού του μετασχηματισμού, με στόχο ακόμη και την απαγόρευση της πώλησης αυτοκινήτων που κινούνται με ορυκτά καύσιμα μέσα στην επόμενη δεκαετία.

Με την τεχνολογική πρόοδο, ο ταχύτερος εμπορικός φορτιστής μπορεί να φορτίσει ένα EV σε τουλάχιστον 30 λεπτά. Ενώ αυτό μπορεί να αποτελεί σημαντική βελτίωση σε σχέση με τους 8ωρους κύκλους φόρτισης ενός τυπικού οικιακού φορτιστή, πρέπει να βελτιωθεί για την υιοθέτηση των EV σε μεγάλη κλίμακα.

"Αν μπορείτε να φορτίσετε μια μπαταρία EV σε πέντε λεπτά, δεν χρειάζεται να έχετε μια μπαταρία αρκετά μεγάλη για εμβέλεια 300 μιλίων", δήλωσε ο Archer σε δελτίο τύπου. "Μπορείτε να αρκεστείτε σε λιγότερα, γεγονός που θα μπορούσε να μειώσει το κόστος των EV, επιτρέποντας την ευρύτερη υιοθέτηση".

Η ομάδα του Archer έχει εργαστεί στο παρελθόν στο πρόβλημα της φόρτισης των μπαταριών ιόντων λιθίου. Ωστόσο, η προσέγγιση της ομάδας επικεντρώθηκε στην κίνηση των ιόντων στους ηλεκτρολύτες και στην κρυστάλλωσή τους στις μεταλλικές ανόδους. Η ομάδα χρησιμοποίησε την τεχνογνωσία της σε αυτές τις διαδικασίες για να κατασκευάσει ασφαλέστερες ανόδους που προσφέρουν μακροχρόνια αποθήκευση.

Για να επινοήσει μια μπαταρία ταχύτερης φόρτισης, η ομάδα υιοθέτησε μια νέα προσέγγιση εστιάζοντας στην κινητική των ηλεκτροχημικών αντιδράσεων. Είδαν με προσοχή μια έννοια που ονομάζεται αριθμός Damköhler, ο οποίος μετρά τον ρυθμό αντίδρασης και τον ρυθμό με τον οποίο μεταφέρεται υλικό σε μια περιοχή αντίδρασης.

Η ομάδα έψαξε συγκεκριμένα για υλικά με χαμηλούς αριθμούς Damköhler, τα οποία έχουν γρήγορους ρυθμούς μεταφοράς, και διαπίστωσε ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ένα μαλακό μέταλλο που ονομάζεται ίνδιο.

Το ίνδιο χρησιμοποιείται στο εμπόριο ως συγκολλητικό υλικό χαμηλής θερμοκρασίας για την παρασκευή οξειδίου του κασσίτερου του ινδίου, ενός υλικού επικάλυψης για ηλιακούς συλλέκτες και οθόνες αφής. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το μέταλλο έχει ένα πολύ χαμηλό ενεργειακό φράγμα μετανάστευσης, το οποίο μπορεί να βοηθήσει στον καθορισμό του ρυθμού διάχυσης ιόντων. Έχει επίσης μια καλή πυκνότητα ρεύματος ανταλλαγής, η οποία είναι ο ρυθμός μείωσης των ιόντων στην άνοδο. Ο συνδυασμός και των δύο αυτών παραγόντων έχει ως αποτέλεσμα τη γρήγορη φόρτιση και την αποθήκευση μεγάλης διάρκειας.

"Η βασική καινοτομία είναι ότι ανακαλύψαμε μια αρχή σχεδιασμού που επιτρέπει στα μεταλλικά ιόντα στην άνοδο μιας μπαταρίας να κινούνται ελεύθερα, να βρίσκουν τη σωστή διαμόρφωση και μόνο τότε να συμμετέχουν στην αντίδραση αποθήκευσης φορτίου", πρόσθεσε ο Archer. "Το τελικό αποτέλεσμα είναι ότι σε κάθε κύκλο φόρτισης, το ηλεκτρόδιο βρίσκεται σε μια σταθερή μορφολογική κατάσταση. Αυτό ακριβώς είναι που δίνει στις νέες μας μπαταρίες ταχείας φόρτισης την ικανότητα να φορτίζουν και να εκφορτίζουν επανειλημμένα για χιλιάδες κύκλους".

Ο ερευνητής προτείνει ότι ο συνδυασμός της τεχνολογίας με ασύρματους φορτιστές που βασίζονται στην επαγωγή μπορεί να βοηθήσει στη μείωση του μεγέθους των πακέτων μπαταριών που απαιτούνται στα οχήματα, μειώνοντας έτσι και το κόστος.

Υπάρχει όμως και ένα εμπόδιο που πρέπει να ξεπεραστεί. Το ίνδιο είναι πολύ βαρύ και μπορεί να μην είναι κατάλληλο για την κατασκευή πακέτων μπαταριών. Η ομάδα εργάζεται τώρα για την ανακάλυψη άλλων ελαφρών υλικών που θα μπορούσαν να επιτελέσουν τον ίδιο ρόλο με το ίνδιο.

πηγή via DeepL

[konenas]

Στο τέλος μας άφησε το χειρότερο

[BlueChris]

Στο τέλος μας άφησε το χειρότερο

Δεν μας είπαν και ΤΙ χωρητικότητα ήταν η μπαταρία που φόρτισαν σε 5 λεπτά... ή εγώ δεν το βλέπω...

[newbye]

Από έρευνες για "μπαταρίες" έχουμε χορτάσει. Κάθε εβδομάδα βγαίνει και από μία στη δημοσιότητα και τελικά καταλήγει στο ράφι. Λύνεται ένα πρόβλημα αλλά δημιουργούνται άλλα 100. Αυτή είναι η δουλειά των πανεπιστημίων για να πάρουν χρηματοδοτήσεις και να μοιράσουν διδακτορικά. Το ποσοστό των ερευνών και εφευρέσεων των πανεπιστημίων που βγαίνει στην αγορά θεωρείται σπάνιο, κυμαινόμενο μεταξύ 1% και 10%, με μέσο όρο περίπου 3%. Αυτά τα ποσοστά είναι σε εφευρέσεις που δουλεύουν 100% όχι σε μισοτελειωμένες δουλειές.

[dkgr_ser]

Από έρευνες για "μπαταρίες" έχουμε χορτάσει. Κάθε εβδομάδα βγαίνει και από μία στη δημοσιότητα και τελικά καταλήγει στο ράφι. Λύνεται ένα πρόβλημα αλλά δημιουργούνται άλλα 100. Αυτή είναι η δουλειά των πανεπιστημίων για να πάρουν χρηματοδοτήσεις και να μοιράσουν διδακτορικά. Το ποσοστό των ερευνών και εφευρέσεων των πανεπιστημίων που βγαίνει στην αγορά θεωρείται σπάνιο, κυμαινόμενο μεταξύ 1% και 10%, με μέσο όρο περίπου 3%. Αυτά τα ποσοστά είναι σε εφευρέσεις που δουλεύουν 100% όχι σε μισοτελειωμένες δουλειές.

Ο ρόλος της ακαδημαϊκής έρευνας δεν είναι να δίνει τελικά προϊόντα, αλλά να μελετά ιδέες και να διευρύνει το εφικτό. Οι ιδέες για οτιδήποτε βλέπουμε αυτή τη στιγμή γύρω μας που σχετίζεται με ηλεκτρονικά και τηλεπικοιωνίες, ξεκίνησαν να μελετώνται ερευνητικά γύρω στα 50 χρόνια πριν να υπάρξει το πρώτο μαζικά παραγώμενο προϊόν που να τις αξιοποιεί. Όταν μια προσέγγιση ωριμάσει αρκετά σε επίπεδο έρευνας, θα την πάρει κάποια επιχείρηση για να βγάλει προϊόν, προσθέτοντας το απαιτούμενο engineering effort.

Αν θέλουμε να δούμε σε τι αρχές θα βασίζονται οι μπαταρίες που θα έχουμε μέχρι το 2030, μπορούμε να κοιτάξουμε τις ιδέες που έχουν μελετηθεί ερευνητικά εδώ και 30 χρόνια, πάνω στις οποίες τώρα προστίθεται αρκετό engineering effort. Αν όμως θέλουμε καλύτερες μπαταρίες το 2050, χρειαζόμαστε νέες ιδέες. Επίσης, για να διαλέξουμε την καλύτερη ιδέα, θα πρέπει να έχουν δοκιμαστεί πολλές ιδέες μέχρι τότε. Οπότε, δεν υπάρχει κάτι παράλογο στο ότι ένα πολύ μικρό μέρος των ιδεών τελικά θα επικρατήσει, και θα έχει νόημα να εφαρμοστεί μαζικά σε προϊόντα.

Απλά, η ταχύτητα του ίντερνετ και οι υποσχέσεις του μάρκετινγκ έχουν κάνει λανθασμένα κόσμο να μπλέκει ανόμοια πράγματα μεταξύ τους...

[Verde]

Οι ερευνητές παρακαλουνται να λύσουν και μερικά ακόμα προβλήματα.
Πχ που θα καταλήξουν οι μπαταρίες αλλά και ολόκληρα τα οχήματα μετά το σύντομο κυκλο ζωής τους... ελπίζω όχι σε "εταιρείες" ανακύκλωσης στον Γαγγη ποταμό.
Η πόσο "μηδενικοι" ρύποι παράγονται για να παραχθεί ρευμα από υγροποιημενο αέριο, πυρηνικά αποβλητα/ατυχήματα και ανεμογεννητριες σε δάση και προστατευμενες περιοχές.

[tsigarid]

Η γρήγορη φόρτιση δε σημαίνει και μειωμένος χρόνος ζωής;

[netblues]

Η γρήγορη φόρτιση δε σημαίνει και μειωμένος χρόνος ζωής;

Παραδοσιακα ναι. χρονια ερευνας στα κινητα μας εφεραν τα διαφορα quick charge πρωτοκολλα. Η θερμοκρασια ειναι το μεγαλυτερο προβλημα. Ηδη βλεπουμε μπαταριες με ψυκτικους μηχανισμους, Διαβασαμε μολις για ινδιο. Ειναι 25% πιο βαρυ απο το λιθιο.Αλλα ισως το δυσκολοτερο ειναι να το βρεις σε μεγαλες ποσοτητες, κυριως απο την κινα.

[Korakios]

ωραίες οι έρευνες αλλά τόσα χρόνια δεν έχει βρεθεί πρακτική λύση

[Dias]

Βάζω στοίχημα, πως στα "ελαφριά υλικά" θα καταλήξουν στο γραφένιο....

[Pixel 57]

Στα εργαστήρια έχουν γίνει πολλά. Στη βιομηχανική παραγωγή όμως δεν περνάνε. Εκεί είναι το πρόβλημα.
Κατα τα άλλα άντε και την έφτιαξες της μπαταρία που φορτιζει σε 5 λεπτά. ΠΟΛΥ θα ήθελα να δω τι φορτιστής θα μπορεί να έχει τόση ισχύ που να φορτίζει μπαταρία αυτοκινήτου σε 5 λεπτά.

Οι ερευνητές παρακαλουνται να λύσουν και μερικά ακόμα προβλήματα.
Πχ που θα καταλήξουν οι μπαταρίες αλλά και ολόκληρα τα οχήματα μετά το σύντομο κυκλο ζωής τους... ελπίζω όχι σε "εταιρείες" ανακύκλωσης στον Γαγγη ποταμό.
Η πόσο "μηδενικοι" ρύποι παράγονται για να παραχθεί ρευμα από υγροποιημενο αέριο, πυρηνικά αποβλητα/ατυχήματα και ανεμογεννητριες σε δάση και προστατευμενες περιοχές.

Επίσης η γη είναι επίπεδη και μας ψεκάζουν.

[Tzitziloni]

Από έρευνες για "μπαταρίες" έχουμε χορτάσει. Κάθε εβδομάδα βγαίνει και από μία στη δημοσιότητα και τελικά καταλήγει στο ράφι. Λύνεται ένα πρόβλημα αλλά δημιουργούνται άλλα 100. Αυτή είναι η δουλειά των πανεπιστημίων για να πάρουν χρηματοδοτήσεις και να μοιράσουν διδακτορικά. Το ποσοστό των ερευνών και εφευρέσεων των πανεπιστημίων που βγαίνει στην αγορά θεωρείται σπάνιο, κυμαινόμενο μεταξύ 1% και 10%, με μέσο όρο περίπου 3%. Αυτά τα ποσοστά είναι σε εφευρέσεις που δουλεύουν 100% όχι σε μισοτελειωμένες δουλειές.

Πάρα πολύ σωστός.

[acct]

Παραδοσιακα ναι. χρονια ερευνας στα κινητα μας εφεραν τα διαφορα quick charge πρωτοκολλα. Η θερμοκρασια ειναι το μεγαλυτερο προβλημα. Ηδη βλεπουμε μπαταριες με ψυκτικους μηχανισμους, Διαβασαμε μολις για ινδιο. Ειναι 25% πιο βαρυ απο το λιθιο.Αλλα ισως το δυσκολοτερο ειναι να το βρεις σε μεγαλες ποσοτητες, κυριως απο την κινα.

Η θερμοκρασία είναι ένα από τα προβλήματα, αλλά μάλλον όχι το μεγαλύτερο. Τα μεγαλύτερα προβλήματα είναι αυτά που εδράζονται στην ηλεκτροχημεία των μπαταριών, γιατί δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητοί όλοι οι μηχανισμοί που μακροπρόθεσμα επηρεάζουν αρνητικά την απόδοση μιας μπαταρίας.

Υπάρχουν μάλιστα πρωτόκολλα φόρτισης στα οποία είναι επιθυμητή η υψηλότερη θερμοκρασία, γιατί εμποδίζει τη σύνθεση επιζήμιας διεπιφάνειας ανάμεσα στην υγρή (ηλεκτρολύτης) και τη στερεά (γραφίτης) φάση της μπαταρίας -secondary solid-electrolyte interphase (SEI).

Είναι ριψοκίνδυνη η γενίκευση, αλλά και η ένταση του ρεύματος φόρτισης είναι γενικά πολύ σημαντικός παράγοντας για τη μακροζωΐα μιας μπαταρίας λιθίου.

[BlueChris]

Η θερμοκρασία είναι ένα από τα προβλήματα, αλλά μάλλον όχι το μεγαλύτερο. Τα μεγαλύτερα προβλήματα είναι αυτά που εδράζονται στην ηλεκτροχημεία των μπαταριών, γιατί δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητοί όλοι οι μηχανισμοί που μακροπρόθεσμα επηρεάζουν αρνητικά την απόδοση μιας μπαταρίας.

Υπάρχουν μάλιστα πρωτόκολλα φόρτισης στα οποία είναι επιθυμητή η υψηλότερη θερμοκρασία, γιατί εμποδίζει τη σύνθεση επιζήμιας διεπιφάνειας ανάμεσα στην υγρή (ηλεκτρολύτης) και τη στερεά (γραφίτης) φάση της μπαταρίας -secondary solid-electrolyte interphase (SEI).

Είναι ριψοκίνδυνη η γενίκευση, αλλά και η ένταση του ρεύματος φόρτισης είναι γενικά πολύ σημαντικός παράγοντας για τη μακροζωΐα μιας μπαταρίας λιθίου.

Η θερμοκρασία παίζει απίστευτο ρόλο αλλά ακόμα σημαντικό είναι ο έλεγχος στην υγεία των μπαταριών και τι κάνει το σύστημα για να "ματσάρει" της μπαταρίες κάθε λίγο και λιγάκι. Η Tesla και η Toyota εδώ είναι μακράν μπροστά σε αυτό τον τομέα.
Το ματσάρισμα είναι το να βρίσκονται όλες οι μπαταρίες στο ίδιο επίπεδο και είναι ένα από τα βασικά για την διάρκεια κυρίως του όλου pack μπαταριών. Επίσης έρχονται σύντομα η αλλαγή των Cells όπου μπήκε και η Toyota το 22 (όχι αλλαγή απλά στοιχείων που γίνεται και τώρα αλλά αλλαγή ομάδων μπαταριών εύκολα με ISO διαστάσεις μεταξύ διαφορετικών κατασκευαστών).
Έρχονται επίσης και σε λίγα χρόνια και οι μπαταρίες solid state.. δεν είναι μύθος, γίνεται τρομερή εξέλιξη από την Toyota και την Samsung που θα τις φτιάχνει.

[lukegr]

Η θερμοκρασία παίζει απίστευτο ρόλο αλλά ακόμα σημαντικό είναι ο έλεγχος στην υγεία των μπαταριών και τι κάνει το σύστημα για να "ματσάρει" της μπαταρίες κάθε λίγο και λιγάκι. Η Tesla και η Toyota εδώ είναι μακράν μπροστά σε αυτό τον τομέα.
Το ματσάρισμα είναι το να βρίσκονται όλες οι μπαταρίες στο ίδιο επίπεδο και είναι ένα από τα βασικά για την διάρκεια κυρίως του όλου pack μπαταριών. Επίσης έρχονται σύντομα η αλλαγή των Cells όπου μπήκε και η Toyota το 22 (όχι αλλαγή απλά στοιχείων που γίνεται και τώρα αλλά αλλαγή ομάδων μπαταριών εύκολα με ISO διαστάσεις μεταξύ διαφορετικών κατασκευαστών).
Έρχονται επίσης και σε λίγα χρόνια και οι μπαταρίες solid state.. δεν είναι μύθος, γίνεται τρομερή εξέλιξη από την Toyota και την Samsung που θα τις φτιάχνει.

Προφανώς αναφέρεσαι στο cell balancing. Αυτό συμβαίνει σε όλα τα ηλεκτροκίνητα αυτοκίνητα. Επειδή τυγχάνει να ασχολούμαι επαγγελματικά με την ηλεκτροκίνηση, από που προκύπτει ότι η Tesla και η Toyota είναι μακράν μπροστά στον τομέα; Το balancing δεν είναι κάτι το εξωτικό σε τεχνολογική στάθμη για να είναι τόσο μπροστά κάποιοι κατασκευαστές.