電気自動車はたった1分で完全に充電されていますか？

電池の限界を超えているように見える物質が、電池技術のボトルネックを打破する鍵となっています。米国のNanotekInstruments、Inc。の研究者は、リチウムイオンを使用してグラフェン表面と電極の間で大量の動きをすばやくシャトルし、バッテリーの充電にかかる時間を短縮する新しいタイプのエネルギー貯蔵デバイスを開発しました。数時間から1分未満。この研究は、ナノレターの最近の号に掲載されました。

バッテリーの充電性能は、電気自動車開発の最大の課題になります

ご存知のように、電気自動車はクリーンで省エネな特性から自動車の将来の発展の方向性とされていますが、電気自動車の開発が直面している主な技術的ボトルネックはバッテリー技術です。これは主に次の側面で明らかになります。まず、バッテリーのエネルギー貯蔵密度は、特定の空間または質量材料に蓄積されるエネルギーの量を指し、解決すべき問題は、電気自動車が1回充電される距離です。 2つ目はバッテリーの充電性能です。電気自動車の充電は給油のように数分で完了することを望んでいますが、時間のかかる問題は常にバッテリー技術では克服するのが難しい障害です。充電時間の時間は、電気自動車に興味のある多くの人々をしばしば先延ばしにします。そのため、電気自動車のバッテリーの充電性能を電気自動車開発の真のボトルネックと呼ぶ人もいます。

現在、リチウム電池とスーパーキャパシタ技術は主に電池技術で使用されており、リチウム電池とスーパーキャパシタは長さが異なります。リチウムイオン電池は120ワット/ kgから150ワット/ kgの高エネルギー貯蔵密度を持ち、スーパーキャパシタは5ワット/ kgの低エネルギー貯蔵密度を持っています。ただし、リチウム電池の電力密度は1 kW / kgと低く、スーパーキャパシタの電力密度は10kW / kgです。現在、リチウムイオン電池の電力密度の向上やスーパーキャパシタのエネルギー貯蔵密度の向上に多くの研究が集中していますが、課題は膨大です。

新しい研究は、グラフェンの魔法の材料を使用することにより、課題を回避します。グラフェンは、次の特性を備えているため、新しいエネルギー貯蔵装置の最初の選択肢になりました。銅の5倍の、最も高い導電率を持つ材料です。強力な熱放散能力を備えています。低密度、銅の4分の1、軽量。表面積がカーボンナノチューブの2倍の場合、強度は鋼の強度を超えます。超高ヤング率と最高の固有強度。比表面積（つまり、材料の単位質量あたりの総面積）が大きい。置換反応は簡単には起こりません。

新しい機器により、電気自動車は1分以内に完全に充電されます

グラフェン表面リチウムイオン交換電池、または単に表面媒介電池（SMCS）としても知られる新しいエネルギー貯蔵装置は、高電力密度と高エネルギー貯蔵密度を組み合わせながら、リチウム電池とスーパーキャパシタの利点を組み合わせています。 。現在のエネルギー貯蔵装置は、最適化された材料と構造をまだ採用していませんが、その性能はリチウムイオン電池やスーパーキャパシターの性能を上回っています。新しいデバイスの電力密度（つまり、バッテリーからの最大出力を燃料電池システム全体の重量または体積で割ったもの）は100 kW / kgであり、これは市販のリチウムイオン電池の100倍、10倍です。スーパーキャパシタよりも高い。電力密度が高く、エネルギー伝達率が高く、充電時間が短縮されます。さらに、新しいバッテリーのエネルギー貯蔵密度は160ワット/ kgで、これは市販のリチウムイオンバッテリーに匹敵し、従来のスーパーキャパシターの30倍です。エネルギー貯蔵密度が高いほど、より多くのエネルギーが貯蔵されます。

SMCの鍵は、カソードとアノードの非常に大きなグラフェン表面です。電池を作るとき、研究者たちは陽極にリチウム金属を置きました。最初の放電で、リチウム金属はイオン化され、電解質を通ってカソードに移動します。イオンはグラフェンの表面にある小さな穴を通過し、カソードに到達します。充電プロセス中、グラフェン電極の表面積が大きいため、大量のリチウムイオンがカソードからアノードに急速に移動して、高電力密度と高エネルギー密度を形成する可能性があります。研究者らは、多孔質電極の表面でのリチウムイオンの交換により、インターカレーションプロセスに必要な時間をなくすことができると説明しました。この研究では、研究者らは、デバイスの材料構成を最適化するために、酸化グラフェン、単層グラフェン、多層グラフェンなどのさまざまなタイプのグラフェン材料を準備しました。次のステップは、バッテリーのサイクル寿命に焦点を当てることです。現在の調査によると、1000回充電した後、容量の95％を保持できます。 2000回充電した後、結晶構造は見つかりませんでした。研究者たちはまた、デバイスの性能に対するさまざまなリチウム貯蔵メカニズムの影響を調査することを計画しています。

研究によると、同じ重量で、リチウム電池のみが最適化されていないSMCに交換され、SMCまたはリチウムイオン電池電気自動車の走行距離は同じですが、SMCの充電時間はリチウムイオン電池は1時間カウントする必要がありますが、1分未満です。研究者は、SMCのパフォーマンスは最適化後に向上すると考えています。

今後、電気自動車が普及すれば、ガソリンスタンドに充電ステーションを設置することで、電気自動車の充電時間が給油よりも速くなるという非常に興味深いシーンになります。給油よりも安いです。研究者たちは、電気自動車に加えて、この機器は再生可能エネルギーの貯蔵（太陽光や風力エネルギーの貯蔵など）やスマートグリッドにも使用できると述べました。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。