Cảm biến mới giúp Pin lithium-Ion có thể sạc nhanh hơn 5 lần

Các nhà nghiên cứu tại WMG tại Đại học Warwick đã phát triển một thử nghiệm trực tiếp, chính xác mới về nhiệt độ bên trong của pin Lithium-ion và tiềm năng điện cực của chúng và thấy rằng pin có thể được sạc nhanh hơn đến năm lần so với giới hạn sạc được đề nghị hiện tại. Công nghệ mới hoạt động tại chỗ trong quá trình hoạt động bình thường của pin mà không cản trở hiệu suất của nó và nó đã được thử nghiệm trên pin có sẵn trên thị trường tiêu chuẩn. Công nghệ mới này sẽ cho phép tiến bộ trong khoa học vật liệu pin, tốc độ sạc pin linh hoạt, kỹ thuật nhiệt và điện của vật liệu / công nghệ pin mới và nó có khả năng giúp thiết kế hệ thống lưu trữ năng lượng cho các ứng dụng hiệu suất cao như đua xe máy và cân bằng lưới điện .

Nếu pin quá nóng, nó có nguy cơ bị hư hại nghiêm trọng đặc biệt là chất điện phân của nó và thậm chí có thể dẫn đến các tình huống nguy hiểm khi chất điện phân bị phá vỡ để tạo thành khí hơn cả hai đều dễ cháy và gây ra áp lực đáng kể. Việc sạc quá mức cực dương có thể dẫn đến quá trình mạ điện lithium đến mức nó tạo thành các sợi nhánh kim loại và cuối cùng xuyên qua dải phân cách gây ra đoản mạch bên trong với cực âm và thất bại thảm khốc sau đó.

Để tránh điều này, các nhà sản xuất quy định tốc độ hoặc cường độ sạc tối đa cho pin dựa trên những gì họ nghĩ là nhiệt độ và mức tiềm năng quan trọng cần tránh. Tuy nhiên, cho đến nay việc kiểm tra nhiệt độ bên trong (và thu được dữ liệu về tiềm năng của mỗi điện cực) trong pin đã chứng minh là không thể hoặc không thực tế mà không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của pin.

Các nhà sản xuất đã phải dựa vào một thiết bị bên ngoài hạn chế. Phương pháp này rõ ràng là không thể cung cấp các bài đọc chính xác, điều này đã khiến các nhà sản xuất chỉ định các giới hạn rất thận trọng về tốc độ hoặc cường độ sạc tối đa để đảm bảo pin không bị hỏng hoặc trường hợp xấu nhất bị hỏng nghiêm trọng.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu của WMG tại Đại học Warwick đã phát triển một loạt phương pháp mới cho phép theo dõi nhiệt độ bên trong trực tiếp, chính xác cao và theo dõi tình trạng điện cực của pin lithium-ion ở nhiều định dạng và đích khác nhau. Các phương pháp này có thể được sử dụng trong quá trình hoạt động bình thường của pin mà không cản trở hiệu suất của nó và nó đã được thử nghiệm trên các loại pin ô tô có bán trên thị trường. Dữ liệu thu được bằng các phương pháp này chính xác hơn nhiều so với cảm biến bên ngoài và WMG đã có thể xác định rằng pin lithium có sẵn trên thị trường hiện nay có thể được sạc nhanh hơn ít nhất năm lần so với mức sạc tối đa được đề nghị hiện tại.

Các nhà nghiên cứu WMG đã công bố nghiên cứu của họ trong tháng này (tháng 2 năm 2018) trong uy tín? tạp chí Electrochimica Acta trong một bài báo có tên là Hiểu về các giới hạn của việc sạc nhanh bằng cách sử dụng các tế bào Li-ion năng lượng cao 18650.

Tiến sĩ Tazdin Amietszajew, nhà nghiên cứu WMG, người dẫn đầu nghiên cứu này, cho biết:

Điều này có thể mang lại lợi ích to lớn cho các lĩnh vực như đua xe máy, điều này sẽ thu được lợi ích rõ ràng từ việc có thể đẩy các giới hạn hiệu suất, nhưng nó cũng tạo ra cơ hội lớn cho người tiêu dùng và nhà cung cấp lưu trữ năng lượng. Sạc nhanh hơn luôn luôn phải trả giá bằng tuổi thọ pin chung, nhưng nhiều người tiêu dùng sẽ hoan nghênh khả năng sạc pin xe nhanh chóng khi cần thời gian hành trình ngắn và sau đó chuyển sang thời gian sạc tiêu chuẩn vào các thời điểm khác. Có sự linh hoạt trong chiến lược thu phí thậm chí có thể giảm / giảm dòng giúp người tiêu dùng được hưởng lợi từ các ưu đãi tài chính từ các công ty điện lực đang tìm cách cân bằng nguồn cung cấp lưới bằng phương tiện kết nối với lưới.

Công nghệ này đã sẵn sàng để áp dụng ngay cho pin thương mại nhưng chúng tôi sẽ cần đảm bảo rằng hệ thống quản lý pin trên xe và cơ sở hạ tầng được lắp đặt cho xe điện, có thể điều chỉnh tốc độ sạc thay đổi bao gồm những mức mới được điều chỉnh chính xác hơn hồ sơ / giới hạn

Công nghệ mà các nhà nghiên cứu WMG đã phát triển cho cảm biến pin tại chỗ trực tiếp mới này sử dụng các điện cực tham chiếu thu nhỏ và Fiber Bragg Gratings (FBG) luồn qua lớp bảo vệ biến dạng bespoke. Một lớp da bên ngoài của ethylene propylene fluorylene (FEP) đã được sử dụng trên sợi, thêm bảo vệ hóa học khỏi chất điện phân ăn mòn. Kết quả là một thiết bị có thể tiếp xúc trực tiếp với tất cả các bộ phận chính của pin và chịu được áp lực điện, hóa học và cơ học gây ra trong quá trình hoạt động của pin trong khi vẫn cho phép đọc nhiệt độ và nhiệt độ chính xác.

Phó giáo sư WMG, Tiến sĩ Rohit Bhagat, người cũng là một nhà nghiên cứu trên báo cho biết: “Phương pháp này đã cho chúng tôi một thiết kế thiết bị mới để sử dụng trên các tế bào 18650 thương mại nhằm giảm thiểu các thay đổi bất lợi và trước đây không thể tránh khỏi đối với hình dạng tế bào. Thiết bị bao gồm một điện cực tham chiếu tại chỗ kết hợp với cảm biến nhiệt độ sợi quang. Chúng tôi tự tin rằng các kỹ thuật tương tự cũng có thể được phát triển để sử dụng trong các tế bào túi.

Nhóm nghiên cứu của chúng tôi ở WMG đã nghiên cứu một số giải pháp công nghệ cho vấn đề này và đây chỉ là lần đầu tiên chúng tôi mang đến xuất bản. Chúng tôi hy vọng sẽ xuất bản công việc của chúng tôi về các cách tiếp cận sáng tạo khác cho thách thức này trong năm tới.”

Theo Scitechdaily