Аккумуляторы являются одним из самых больших препятствий на пути к массовому внедрению электромобилей.Это видение движет исследователями, такими как Йоханнес Зиглер и Лю Суфу, которые работают над тем, чтобы это стало реальностью.
Продажи электромобилей в Европе растут, увеличившись на 20% в феврале по сравнению с тем же месяцем в 2024 году.Но их путешествие не без проблем..
Большинство электромобилей используют литий-ионные батареи, похожие на те, что есть в наших телефонах, но намного больше и сложнее.Никель и медь и должны сохраняться более десяти лет, соответствующий ожидаемому сроку службы электромобиля.
Чтобы решить эту проблему, группа исследователей собралась в рамках финансируемой ЕС инициативы под названием PHOENIX, целью которой является разработка аккумуляторов, способных самовосстанавливаться.сделать их более безопасными и уменьшить потребность в новых металлах батарей.
"Идея состоит в том, чтобы увеличить срок службы батареи и уменьшить ее углеродный след, потому что одна и та же батарея может восстанавливаться сама, поэтому в целом требуется меньше ресурсов", - сказал Зиглер.ученый-материал в Институте Фраунхофера по исследованию силикатов в Германии.
В 2023 году ЕС определил 34 критически важных материала, включая металлы для батарей, такие как литий, никель, медь и кобальт.
Проект "Феникс" назван в честь мифической птицы, которая поднимается из собственного пепла - подходящего символа возрождения и обновления, которые исследователи надеются достичь в технологии аккумуляторов.
И ставки высоки.все новые автомобили и фургоны, проданные с 2035 годаЦелью является значительное сокращение выбросов парниковых газов от транспортного сектора.
Для этого электромобилям нужны лучшие батареи.
Чувство и спусковой крючок
Любой, у кого есть смартфон, знает о разочаровании от аккумуляторов: через несколько лет их продолжительность жизни падает.
Это происходит потому, что части батареи разрушаются, когда она неоднократно заряжается и разряжается с течением времени.
Ученые из Бельгии, Германии, Италии, Испании и Швейцарии сотрудничают в разработке датчиков, которые обнаруживают изменения внутри литий-ионной батареи по мере ее старения.и запустить самовосстановление батареи при необходимости.
Цель состоит в том, чтобы удвоить срок службы аккумуляторов и, следовательно, продолжительность жизни электромобилей.
“
Идея состоит в том, чтобы увеличить срок службы батареи и уменьшить ее углеродный след, потому что та же самая батарея может восстанавливаться сама, поэтому в целом требуется меньше ресурсов.
Сегодня системы управления аккумуляторами (BMS) мозг аккумулятора контролируют напряжение и температуру аккумулятора, чтобы убедиться, что он не перегревается и не вызывает проблем с безопасностью.
В настоящее время, то, что ощущается, очень ограничено в общей температуре, напряжении и токе.- Сказал Ив Стауффер., инженер Швейцарского центра электроники и микротехнологий (CSEM), инновационного центра, разрабатывающего революционные технологии.
Команда Phoenix намерена пойти дальше, внедряя передовые датчики и триггеры, некоторые из которых будут обнаруживать, когда батарея расширяется, другие будут генерировать тепловую карту,и некоторые будут следить за опасными газами, такими как водород или углекислый газ.
Все эти датчики обеспечат систему раннего предупреждения о состоянии батареи.
Когда мозг батареи решает, что требуется ремонт, заживление активируется.или применение целевого тепла для запуска механизмов самовосстановления внутри.
"Идея заключается в том, что при термической обработке некоторые уникальные химические связи восстановится", - сказал Суфу, химик батареи в CSEM, который также работает над PHOENIX.
Другой подход к самовосстановлению использует магнитные поля для разрушения дендритов, разветвляющихся металлических структур, которые образуются на электродах батареи во время зарядки и могут вызывать короткие цепи и сбои.
Размер имеет значение
Исследователи PHOENIX также стремятся увеличить диапазон электромобилей и уменьшить размер батарей.
"Мы пытаемся разработать батареи следующего поколения с более высокой плотностью энергии", - сказал Суфу.что сделает его легче и позволит ему ездить дальше на одном заряде.
Одна из стратегий - заменить графит, материал, используемый в карандашах, на кремний, который находится где-то между металлами и неметаллами.
Это не широко применяется в современных коммерческих батареях, отчасти потому, что кремний менее устойчив и его объем может расширяться до 300% во время зарядки и разрядки, сказал Суфу.Батарея должна выдержать эти резкие изменения или восстановиться сама..
“
Мы пытаемся разработать батареи следующего поколения с более высокой плотностью энергии.
В марте 2025 года была разработана новая партия прототипов датчиков и триггеров, которые были отправлены партнерам для тестирования на батарейных ячейках ∙ гибких, легких и плоских литий-ионных батареях.
Однако, хотя загрузка батареи датчиками отлично помогает получить информацию о ее состоянии здоровья, это также увеличивает стоимость.Поэтому команда сосредоточена на выявлении тех технологий, которые обеспечивают достаточные преимущества, чтобы оправдать стоимость электромобилей..
Какой бы подход ни был принят, он позволит будущим электромобилям прослужить дольше и ехать дальше, с более безопасными, компактными и менее ресурсоемкими батареями.
Продление срока службы батареи также уменьшит углеродный след электромобилей, что принесет выгоду как потребителям, так и окружающей среде.
"Это интересно продлить срок службы аккумуляторов и работать над электромобилями", - сказал Зиглер.
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!
