Новият сензор разкрива литиево-йонните батерии, които могат безопасно да се зареждат 5 пъти по-бързо

ТЕМИ:
Технология на батериите, материалознание, възобновяема енергия, устойчивост, Университет на Уоруик, литиево -йонни батерии
От LISA BARWICK, UNIVERSITY OF WARWICK 18 ФЕВРУАРИ 2018 г.

Това е сензор за температура на литиева батерия. WMG, Университет на Уоруик

Изследователи от WMG в Университета на Уоруик са разработили нов директен и прецизен тест за вътрешните температури на литиево-йонните батерии и потенциала на техните електроди и са установили, че батериите могат безопасно да се зареждат до пет пъти по-бързо от настоящите препоръчителни граници на зареждане. Новата технология работи на място по време на нормалната работа на батерията, без да пречи на нейната работа и е тествана върху стандартни налични в търговската мрежа батерии. Такава нова технология ще даде възможност за напредък в науката за батерийните материали, гъвкави скорости на зареждане на батериите, топлинна и електротехника на нови материали/технология за батерии и има потенциала да помогне за проектирането на системи за съхранение на енергия за високопроизводителни приложения като моторни състезания и балансиране на мрежата .

Ако една батерия се прегрее, тя рискува сериозно увреждане, особено на нейния електролит и дори може да доведе до опасни ситуации, при които електролитът се разгражда, за да образува газове, които са едновременно запалими и причиняват значително натрупване на налягане. Презареждането на анода може да доведе до толкова литиево галванизиране, че той образува метални дендрити и в крайна сметка пробива сепаратора, причинявайки вътрешно късо съединение с катода и последваща катастрофална повреда.

За да се избегне това, производителите определят максимална скорост на зареждане или интензитет на батериите въз основа на това, което според тях е решаващата температура и потенциалните нива, които трябва да се избягват. Въпреки това досега вътрешното изпитване на температурата (и получаване на данни за потенциала на всеки електрод) в батерията се е оказало или невъзможно, или непрактично, без значително да повлияе на работата на батериите.
Производителите трябваше да разчитат на ограничено външно оборудване. Този метод очевидно не може да осигури точни показания, което е накарало производителите да определят много консервативни граници за максимална скорост или интензивност на зареждане, за да се гарантира, че батерията не е повредена или в най -лошия случай претърпява катастрофална повреда.

Въпреки това изследователите от WMG в Университета на Уоруик разработват нова гама от методи, които позволяват директно, много прецизно вътрешно наблюдение на температурата и състоянието на „електрод“ на литиево-йонни батерии с различни формати и местоназначение. Тези методи могат да се използват по време на нормалната работа на батерията, без да се пречи на нейната работа и са тествани върху налични в търговската мрежа батерии от автомобилен клас. Данните, получени по такива методи, са много по -точни от външното засичане и WMG успя да установи, че наличните в търговската мрежа литиеви батерии, налични днес, могат да се зареждат поне пет пъти по -бързо от настоящите препоръчителни максимални нива на зареждане.

Изследователите на WMG публикуваха своите изследвания този месец (февруари 2018 г.) в престижния? списание Electrochimica Acta в доклад, озаглавен „Разбиране на границите на бързото зареждане с помощта на инструментирани търговски 18650 високоенергийни литиево-йонни клетки“.

Д -р Tazdin Amietszajew, изследователят на WMG, който ръководи това изследване, каза:

„Това би могло да донесе огромни ползи за области като моторните състезания, които биха спечелили очевидни ползи от възможността да се преодолеят границите на производителността, но също така създава огромни възможности за потребителите и доставчиците на съхранение на енергия. По -бързото зареждане, както винаги, е за сметка на общия живот на батерията, но много потребители биха приветствали възможността да зареждат акумулатора на автомобила бързо, когато се налага кратко време за пътуване, и след това да преминат към стандартни периоди на зареждане в друго време. Наличието на тази гъвкавост в стратегиите за таксуване може дори/по -надолу да помогне на потребителите да се възползват от финансовите стимули от енергийните компании, които искат да балансират доставките на мрежата, като използват превозни средства, свързани към мрежата. “

„Тази технология е готова за прилагане сега за търговски акумулатори, но би трябвало да гарантираме, че системите за управление на батериите на превозните средства и че инфраструктурата, въведена за електрически превозни средства, са в състояние да приемат променливи нива на зареждане, които биха включили тези нови прецизно настроени профили/ограничения

Технологията, която изследователите на WMG са разработили за това ново директно измерване на батерията на място, използва миниатюрни референтни електроди и решетки от влакна Bragg (FBG), резбовани през специален защитен слой от напрежение. Върху влакното се нанася външна обвивка от флуориран етилен пропилен (FEP), като се добавя химическа защита от корозивен електролит. Резултатът е устройство, което може да има директен контакт с всички ключови части на батерията и да издържа на електрически, химически и механични натоварвания, причинени по време на работа на батериите, като същевременно позволява точни температури и потенциални показания.

Доцентът на WMG д -р Рохит Бхагат, който също беше един изследовател в статията, каза:

„Този ​​метод ни даде нов дизайн на инструментариума за използване в търговски 18650“ клетки, който свежда до минимум неблагоприятните и неизбежни преди това промени в геометрията на клетката. Устройството включваше in-situ референтен електрод, свързан със сензор за температура от оптично влакно. Убедени сме, че подобни техники могат да бъдат разработени и за използване в клетки с торбички. “

„Нашата изследователска група в WMG работи по редица технологични решения на този проблем и това е само първото, което сме публикували. Надяваме се да публикуваме работата си по други иновативни подходи към това предизвикателство през следващата година. “

Публикация: Tazdin Amietszajew, et al., „Разбиране на границите на бързото зареждане с помощта на инструментирани търговски 18650 високоенергийни литиево-йонни клетки,“ Electrochimica Acta, том 263, 10 февруари 2018 г., страници 346-352; doi: 10.1016/j.electacta.2018.01.076