Penn State und EC Power nutzen interne Wärmemodulation, um ein stabiles Schnellladen zu ermöglichen

Ein Team der Penn State University und des Start-ups EC Power hat eine materialunabhängige Technologie entwickelt, die auf asymmetrischer Temperaturmodulation mit einem thermisch stabilen Dual-Salz-Elektrolyten basiert, um eine stabile Schnellladung für Li-Ionen-Batterien zu erreichen.

In einem Artikel in Nature berichtet das Team, dass ein Akku mit 265 Wh kg-1 in 12 (oder 11) Minuten über mehr als 900 (oder 2.000) Zyklen auf 75 % (oder 70 %) geladen wird. Dies entspricht einer Reichweite von einer halben Million Meilen, wobei jede Ladung eine Schnellladung ist.

Darüber hinaus erstellen wir einen digitalen Zwilling eines solchen Batteriepakets, um seine Kühlung und Sicherheit zu bewerten und zu zeigen, dass das thermisch modulierte 4C-Laden nur Luftkonvektion erfordert. Dies bietet einen kompakten und eigensicheren Weg zur Cell-to-Pack-Entwicklung. Die Methode der schnellen thermischen Modulation, um hochaktive elektrochemische Grenzflächen nur während des Schnellladens zu erzeugen, hat ein wichtiges Potenzial, sowohl Stabilität als auch schnelles Laden von Materialien der nächsten Generation, einschließlich Anoden wie Silizium und Lithiummetall, zu erreichen.

Diese 10-Minuten-Schnellladebatterie wurde für Elektroautos entwickelt. In der Blackbox auf der Oberseite befindet sich ein Batteriemanagementsystem zur Steuerung des Moduls. Bildnachweis: EC Power.

Unsere Schnellladetechnologie eignet sich für die meisten Batterien mit hoher Energiedichte und eröffnet eine neue Möglichkeit, die Batteriekapazität von Elektrofahrzeugen von 150 auf 50 kWh zu verkleinern, ohne dass Fahrer Angst vor der Reichweite haben. Die kleineren, schneller aufladbaren Batterien werden die Batteriekosten und den Verbrauch kritischer Rohstoffe wie Kobalt, Graphit und Lithium drastisch senken und die Masseneinführung erschwinglicher Elektroautos ermöglichen.

Die Technologie basiert auf interner Wärmemodulation, einer aktiven Methode der Temperaturkontrolle, um der Batterie die bestmögliche Leistung abzuverlangen, erklärte Wang. Batterien arbeiten am effizientesten, wenn sie heiß, aber nicht zu heiß sind. Für Batterieingenieure ist es eine große Herausforderung, Batterien konstant auf der richtigen Temperatur zu halten. In der Vergangenheit hätten sie sich zur Regulierung der Batterietemperatur auf externe, sperrige Heiz- und Kühlsysteme verlassen, die langsam reagierten und viel Energie verschwendeten, sagte Wang.

Wang und sein Team beschlossen, die Temperatur stattdessen im Inneren der Batterie zu regulieren. Die Forscher entwickelten eine neue Batteriestruktur, die neben Anode, Elektrolyt und Kathode als vierte Komponente eine ultradünne Nickelfolie hinzufügt. Als Stimulus reguliert die Nickelfolie selbst die Temperatur und Reaktionsfähigkeit der Batterie, was ein 10-minütiges Schnellladen bei nahezu jeder Elektrofahrzeugbatterie ermöglicht, erklärte Wang.

„Echte Schnellladebatterien hätten unmittelbare Auswirkungen“, schreiben die Forscher. „Da es nicht genügend Rohstoffe gibt, um jedes Auto mit Verbrennungsmotor durch ein Elektrofahrzeug mit 150 kWh zu ersetzen, ist schnelles Aufladen unerlässlich, damit Elektrofahrzeuge zum Mainstream werden.“

EC Power arbeite an der Herstellung und Vermarktung der Schnellladebatterie für eine erschwingliche und nachhaltige Zukunft der Fahrzeugelektrifizierung, sagte Wang.

Die Thermally Modulated Cell Technology (TMCT) von EC Power erwärmt Zellen von innen nach außen.

Die anderen Co-Autoren der Studie sind Teng Liu, Xiao-Guang Yang, Shanhai Ge und Yongjun Leng von Penn State sowie Nathaniel Stanley, Eric Rountree und Brian McCarthy von EC Power.

Die Arbeit wurde vom US-Energieministerium, dem US-Verteidigungsministerium, der US-Luftwaffe und der William E. Diefenderfer-Stiftung unterstützt.

Ressourcen

Wang, CY., Liu, T., Yang, XG. et al. (2022) „Schnellladung energiedichter Lithium-Ionen-Batterien.“ Natur-Doi: 10.1038/s41586-022-05281-0

Gepostet am 03. November 2022 in Batterien, Elektrik (Batterie) | Permalink | Kommentare (0)