Функция самоподогрева позволит литиевым аккумуляторам работать в холодной окружающей среде - «Наука и технологии»

Известно, что чрезвычайные условия окружающей среды очень плохо сказываются на работоспособности литий-ионных аккумуляторных батарей. Не так давно мы рассказывали о новой технологии, позволяющей снизить перегрев батарей и уменьшить вероятность их возгорания. Однако, при понижении окружающей температуры аккумуляторы существенно теряют емкость, а по достижению отметки ниже -23 градусов Цельсия некоторые из них полностью теряют свою работоспособность и иногда выходят из строя. Для решения этой проблемы исследователи из Пенсильванского университета (Penn State University) разработали технологию самоподогрева литий-ионных аккумуляторов, которая позволит эксплуатировать эти батареи в условиях полярного и даже космического холода.

Батарея, которая способна работать в холодных условиях, может быть очень полезна во многих областях, начиная от космической техники и заканчивая высотными беспилотными летательными аппаратами. Но самым перспективным направлением применения таких батарей пенсильванские исследователи считают электрические автомобили, которые в настоящее время не очень приспособлены для эксплуатации в северных регионах. Температуры ниже точки замерзания воды приводят к существенному замедлению процесса зарядки, к снижению эффективности работы технологий рекуперационного торможения, а снижение дальности поездки на одном заряде за счет понижения температуры может достигать 40 процентов.

Производители электрических и гибридных автомобилей борются с проблемой низких температур различными способами. В электрической модели Ford Focus 2010 года, к примеру, для этого использовались нагревательные элементы, которые подогревали антифриз, который, в свою очередь, прокачивался сквозь систему ячеек аккумуляторных батарей. Несмотря на все принимаемые меры, низкая температура окружающей среды продолжает оставаться реальной проблемой для владельцев электрических автомобилей.

Функция самоподогрева, разработанная исследователями Пенсильванского университета, реализована при помощи никелевой фольги, включенной в конструкцию аккумуляторной батареи. Интегрированный датчик температуры изменяет силу протекающего через фольгу электрического тока, который подогревает батарею изнутри, поддерживая ее температуру в заданных рамках. Это не позволяет электролиту батареи замерзнуть, а в случае отсутствия необходимости подогрева датчик полностью отключает ток и не расходует энергию, накопленную в батарее.

Во время испытаний системы самоподогрева аккумуляторная батарея была нагрета от -20 до 0 градусов Цельсия всего за 20 секунд времени, а нагрев от -30 до 0 градусов был произведен за 30 секунд. При этом, на нагрев было израсходовано соответственно 3.8 и 5.5 процента от общего количества энергии в батарее, что несравнимо мало по отношению к 40-процентной потере ее емкости при отрицательной температуре.

В системе самоподогрева используются достаточно распространенные и недорогие материалы. Наличие такой системы увеличивает вес батареи всего на 1.5 процента, а ее стоимость увеличивается на смехотворные 0.04 процента. Такие показатели говорят о том, что технология, разработанная учеными из Пенсильванского университета, вполне жизнеспособна, и ожидать появления первых самоподогревающихся аккумуляторных батарей можно в самом ближайшем времени.