寒さを恐れないリチウム電池

寒い時期には、屋外にいる人の中には、電話の電源がどのように落ちているのかを知る人もいます。電気のわずか20％で、電話は数分で自動的にシャットダウンします。これは、リチウム電池が低温でかなりの電力損失に直面するためです。

この問題を解決するために、私のチームと私は新しいリチウム電池技術を開発しました– All Climate Batteries TMは、低温でのリチウム電池の限界に革命をもたらしました。この技術は最近、トップの学術雑誌Natureに掲載されました。

「全気候電池」は、低温で効率の低いリチウム電池の性能を向上させるのに役立つ可能性があります。画像出典：論文の著者

天気が寒いとき、リチウム電池は「打つ」必要がありますか？

リチウム電池が動作しているとき、Li +は正極と負極の間を移動しますが、低温はリチウムイオン電池のLi +活性を低下させます。簡単に言えば、元のリチウム電池は電力を供給されますが、低温のため、Li +は「実行できません」、電池の利用可能な電力が低下します。私は大型トラックをたくさん持っていますが、それしか使用できません。

温度が上昇すると、リチウム電池のLi +アクティビティが正常に戻り、以前の「使用できない」電力が回復します。だから、寒い地域に行ったことがある人は、この小さな秘密を知っている必要があります：カメラがしばらく使用されていない場合はどうなりますか？バッテリーを腕に入れて暖かくすると、電力が回復します。それから電気がない、そしてねえ、それでサイクル...

そのような「秘密」にもかかわらず、低温でのリチウム電池の低効率は確かに大きな問題です。リチウム電池は、さまざまな産業や公共の場で広く使用されており、環境問題を解決するための重要なツールでもあります。それらのエネルギー密度と電力性能は低温で大幅に低下し、低温環境での使用を大幅に制限します。

さらに、寒冷地や高地で使用できないことに加えて、リチウム電池の「非低温」は電気自動車用の電池の使用に大きな影響を与える可能性があります。電気自動車のバッテリーパックは非常に大きいので、「暖かくなって暖まる」というトリックは使えません。低温で失われる電力は、それを補うためにより多くのバッテリーパックを必要とする場合があり、エンジンを「コールドスタート」するにはより高価なコンポーネントが必要になります。寒冷時には充電も遅くなり、電気自動車の「回生ブレーキ」が制限され、走行距離が狭くなります。統計によると、0度の環境での電気自動車の航続距離は通常の走行距離の半分にすぎません。

それで、解決策はありますか？

「全気候バッテリー」、自己発熱バッテリー

私はECPowerの創設者であり、ペンシルベニア州立大学の教授です。私たちのチームはこの問題の解決に取り組んできました。私たちが発明した「全気候バッテリー」は、摂氏0度以下で「自己発熱」することができました。このプロセスは、外部加熱装置の助けを必要とせず、電解質に特別な添加剤を加える必要もありません。

全天候型電池は、内部に非常に薄いニッケル片が挿入されており、少量の電池エネルギーで電池を自己発熱させ、低温でのリチウム電池の効率を大幅に向上させます。

低温でのリチウム電池の制限は、業界が取り組んできた問題でした。これまで、さまざまな技術は複雑でコストがかかり、常温および常温での電池の性能を損なうものでした。私たちのチームはまた、多くの種類のバッテリーの加熱方法を研究し、最終的に、完全気候バッテリー技術を使用してバッテリーの電気化学的インターフェースを直接加熱することが最も効果的で直接的な方法であることを発見しました。

全天候型バッテリーは、バッテリーの構造を微調整し、非常に薄いニッケルシートをバッテリー内に挿入することで、バッテリーが低温ですばやく自己発熱し、バッテリーの温度を効果的に上昇させます。バッテリーの温度が使用可能な範囲まで上昇すると、エネルギー損失を防ぐために自動的に加熱が停止します。この技術は、室温での電池の性能と寿命を低下させることなく、-30°Cでのリチウム電池の電力を10倍以上増加させることができます。

私たちの技術は厳しいテストに合格しています。これらには、500回の低温加熱テスト、1000回の45度高温サイクルテスト、および最大2600回の通常温度サイクルテストが含まれ、バッテリー寿命の問題はありません。また、ECパワーは全気候バッテリーの生産能力を成熟させ、すでに商品化しています。

バッテリーは寒い時期にそれ自体を加熱する能力があるので、私のチームと私は、将来の「全天候型バッテリー」がより多くの電気自動車が寒い条件に対処するのに役立つことを願っています。電気自動車に加えて、高緯度でのドローンの操作、フィールドエレクトロニクスなどにも使用できます。さらに、宇宙探査における「全気候バッテリー」の応用の可能性も想定しました。

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