Energie-EffizienzRein und raus mit 10-minütigem Aufladen des Elektrofahrzeugs
Zusammenfassung
Ingenieure der Penn State University haben gezeigt, dass sie ein Elektrofahrzeug in zehn Minuten aufladen können. Lithium-Ionen-Batterien verschlechtern sich, wenn sie bei Umgebungstemperaturen unter 50 Grad Celsius schnell aufgeladen werden. Die schnelle Abkühlung der Batterie würde durch das im Auto eingebaute Kühlsystem erreicht. 2.800 Ladestationen in den USA werden durch die mehr als 2 Milliarden Dollar Strafe finanziert, die Volkswagen nach dem Eingeständnis des Dieselabgasbetrugs gezahlt hat. Die selbstheizende Batterie verwendet eine dünne Nickelfolie, deren eines Ende am Minuspol befestigt ist und deren anderes Ende aus der Zelle herausragt, um einen dritten Pol zu bilden. Ein Temperatursensor, der mit einem Schalter verbunden ist, lässt Elektronen durch die Nickelfolie fließen, um den Stromkreis zu schließen. Dadurch erwärmt sich die Nickelfolie durch Widerstandserhitzung schnell und erwärmt das Innere der Batterie. Dies wird an 500 Standorten der Fall sein. Diese Ladestationen werden mit Nickelfolie gefüllt und werden für Ladestationen in 500 mal die Batterie verwendet werden.
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Rein und raus mit 10-minütigem Aufladen des Elektrofahrzeugs
Besitzer von Elektrofahrzeugen könnten bald in der Lage sein, an eine Tankstelle zu fahren, ihr Auto anzuschließen, auf die Toilette zu gehen, eine Tasse Kaffee zu trinken und in 10 Minuten mit einer voll geladenen Batterie wieder herauszufahren, so ein Team von Ingenieuren.
"Wir haben gezeigt, dass wir ein Elektrofahrzeug in zehn Minuten für eine Reichweite von 200 bis 300 Meilen aufladen können", sagte Chao-Yang Wang, William E. Diefenderfer Lehrstuhl fürMaschinenbau, Professor fürChemieingenieurwesen und Professor für Materialwissenschaftund -technik sowie Direktor des Electrochemical EngineCenter an der Penn State."Und wir können dies tun, indem wir 2.500 Ladezyklen beibehalten, oder das Äquivalent von einer halben Million Meilen Fahrt."
Lithium-Ionen-Batterien verschlechtern sich, wenn sie bei Umgebungstemperaturen unter 50 Grad Fahrenheit schnell geladen werden, weil sich das Lithium in Spikes auf der Anodenoberfläche ablagert, anstatt dass die Lithium-Ionen gleichmäßig in die Kohlenstoffanoden eingefügt werden. Diese Lithium-Plattierung reduziert die Zellkapazität, kann aber auch elektrische Spitzen und unsichere Batteriezustände verursachen. Batterien, die über den Schwellenwert für die Lithiumablagerung hinaus erhitzt werden, egal ob durch externe oder interne Heizung, weisen keine Lithiumablagerung auf.
Die Forscher hatten ihre Batterie zuvor so entwickelt, dass sie bei 50 Grad F in 15 Minuten aufgeladen werden konnte. Das Aufladen bei höheren Temperaturen wäre effizienter, aber lange Zeiträume mit hoher Hitze degradieren die Batterien ebenfalls.
"Schnelles Laden ist der Schlüssel für die breite Einführung von Elektrofahrzeugen", sagt Wang.
Wang und sein Team erkannten, dass, wenn sich die Batterien nur 10 Minuten lang auf 140 Grad erhitzen und dann schnell auf Umgebungstemperatur abkühlen könnten, sich keine Lithiumspitzen bilden würden und auch kein Hitzeabbau der Batterie stattfinden würde. Sie berichten über ihre Ergebnisse in der Ausgabe vom 30. Oktober der Zeitschrift Joule.
"Diese Batterie auf das Extrem von 60 Grad Celsius (140 Grad F) zu bringen, ist in der Batterie-Arena verboten", sagte Wang. "Das ist zu hoch und gilt als Gefahr für die Materialien und würde die Lebensdauer der Batterie drastisch verkürzen."
Die schnelle Abkühlung der Batterie würde über das im Auto eingebaute Kühlsystem erfolgen, erklärte Wang. Der große Unterschied von 140 Grad auf etwa 75 Grad F wird ebenfalls dazu beitragen, die Geschwindigkeit der Kühlung zu erhöhen.
"Der 10-Minuten-Trend ist zukunftsweisend und für die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen unerlässlich, weil er das Problem der Reichweitenangst löst", sagte Wang.
Zur Verringerung der Reichweitenangst - der Angst, dass der Strom ausgeht und man keine Möglichkeit oder Zeit hat, ihn wieder aufzuladen - wird laut Reuters die Einrichtung von 2.800 Ladestationen in den USA beitragen, die durch die mehr als 2 Milliarden Dollar Strafe finanziert werden, die Volkswagen nach dem Eingeständnis des Diesel-Abgasbetrugs gezahlt hat. Diese Ladestationen werden sich an 500 Standorten befinden.
Die selbstheizende Batterie verwendet eine dünne Nickelfolie, die mit einem Ende am Minuspol befestigt ist und mit dem anderen Ende aus der Zelle herausragt, um einen dritten Pol zu bilden. Ein Temperatursensor, der an einem Schalter angebracht ist, veranlasst Elektronen, durch die Nickelfolie zu fließen, um den Stromkreis zu schließen. Dadurch wird die Nickelfolie durch Widerstandsheizung schnell aufgeheizt und das Innere der Batterie erwärmt.
An diesem Projekt arbeiten von der Penn State auch Xiao-Guang Yang, Assistenz-Forschungsprofessor; Teng Liu, Doktorand; Yue Gao, Post-Doc-Stipendiat; Shanhai Ge, Assistenz-Forschungsprofessor; Yongjun Leng, Assistenz-Forschungsprofessor; und Donghai Wang, Professor, alle in der Abteilung für Maschinenbau. Das U.S. Department of Energy unterstützte diese Arbeit.
Autor: A'ndrea Elyse Messer
Bildnachweis: Chao-Yang Wang Lab, Penn State
Dieser Artikel wurde ursprünglich von der Penn State University hier veröffentlicht.
