Akumulatory litowo-jonowe, które można naładować w sekundy

Szybkie ładowanie nowoczesnych akumulatorów litowo-jonowych jest możliwe, ale tylko jeśli mamy dostępną odpowiednio dużą moc

Czas ładowania akumulatorów skrócił się w ostatnich latach do tego stopnia, że praktycznie niemożliwe staje się wykorzystanie w pełni ich możliwości w pojazdach - ze względu na ograniczoną dostępną moc. Produkowane obecnie akumulatory litowo-jonowe można zazwyczaj naładować do 80% ich pojemności w czasie od 15 do 60 minut, przy czym zaznaczyć należy, że większy prąd ładowania powoduje szybszą degradację akumulatora.

Niektórzy producenci, tacy jak Altair Nanotechnologies oraz Toshiba posiadają już opracowane akumulatory, wykorzystujące tytanian litu, które można naładować do 80-90% w mniej niż 5 minut, a do 100% w około 10 minut i to przy zachowaniu żywotności na poziomie 10-15 lat. Obaj wymienieni producenci przymierzają się do komercjalizacji swoich produktów na dużą skalę. Toshiba inwestuje ponad 300 mln USD aby w 2010r. produkować 3 mln ogniw SCiB miesięcznie oraz 10 mln ogniw miesięcznie w 2015r. Tymczasem Altairnano testuje swoje akumulatory w motoryzacji w takich pojazdach jak: Proterra EcoRide BE35, Lightning GT, czy Current Eliminator V.

Ogniwo SCiB (Super Charge ion Battery) 4,2 Ah 2,4 V [1] Ogniwo SCiB (Super Charge ion Battery) 4,2 Ah 2,4 V [1]
Ogniwo Altairnano 50 Ah 2,3 V [6] Ogniwo Altairnano 50 Ah 2,3 V [6]

Okazuje się jednak, że akumulatory litowo-jonowe można ładować jeszcze szybciej - w sekundy. Dowiedli tego naukowcy z Massachusetts Institute of Technology, którzy zmodyfikowali materiał elektrod LiFePO4, osiągając czas ładowania i rozładowania próbki ogniwa na poziomie 10-20 s. Przy tak krótkich czasach ładowania-rozładowania zaciera się granica między akumulatorami, a superkondensatorami. Artykuł prezentujący dokonanie pracowników MIT ukazał się w marcu 2009r. w prestiżowym czasopiśmie Nature. Bardzo możliwe, że nowa technologia wejdzie do produkcji w ciągu kilku lat.

Próbka nowego materiału [7] Próbka nowego materiału [7]

Naukowcy z MIT przewidują, że nowe akumulatory znajdą zastosowanie w urządzeniach przenośnych. Jednak przy tak krótkich czasach problematyczne wydaje się naładowanie nawet telefonu komórkowego, nie wspominając o laptopie.

akumulator BL-5C [10] akumulator BL-5C [10]
Czas ładowaniaŚrednia moc ładowania [W]
1 h 3,77
30 min 7,54
15 min 15,08
10 min 22,6
5 min 45,2
1 min 226
20 s 678
10 s 1356
Tabela 1: Teoretyczna moc ładowania telefonu z akumulatorem BL-5C (1020 mAh, 3,7 V, około 3,77 Wh)

Jak widać powyżej, ładowanie telefonu komórkowego z akumulatorem BL-5C w 10 s wymagałoby blisko 1,4 kW mocy (bez uwzględniania sprawności procesu) oraz stosowanej ładowarki.

Dokonując tych samych obliczeń dla laptopa okaże się, że niezależnie od możliwości akumulatora, nie naładujemy laptopa w minutę dysponując w mieszkaniu zasilaniem 16 A, 230 V, a więc teoretycznie mocą jedynie 3680 W.

akumulator Whitenergy [11] akumulator Whitenergy [11]
Czas ładowaniaŚrednia moc ładowania [W]
1 h 98
30 min 196
15 min 392
10 min 588
5 min 1176
1 min 5880
20 s 17640
10 s 35280
Tabela 2: Teoretyczna moc ładowania laptopa z akumulatorem Whitenergy (8800 mAh, 11,1 V, około 98 Wh)

Z powyższych obliczeń wynika, że tylko najmniejsze urządzenia przenośne będą mogły w przyszłości wykorzystywać nowe akumulatory do ładowania w przeciągu sekund. W przypadku laptopów, niezasadne wydaje się schodzenie z czasem ładowania poniżej 5 minut ze względu na zbyt dużą moc. Ponadto do ładowania w ciągu 5-10 minut wystarczą w zupełności akumulatory SCiB Toshiby.

A co z pojazdami? Czy one będą mogły być kiedykolwiek ładowane w przeciągu sekund? Nie. A przynajmniej nie w przewidywalnej przyszłości. Spójrzmy jak wyglądają tabele dla trzech przykładowych pojazdów:

ELMOTO HR-2 ELMOTO HR-2
Czas ładowaniaŚrednia moc ładowania [kW]
1 h 1,2
30 min 2,4
15 min 4,8
10 min 7,2
5 min 14,4
1 min 72
20 s 216
10 s 432
Tabela 3: Teoretyczna moc ładowania akumulatora w lekkim motocyklu ELMOTO HR-2 (1,2 kWh)

Mitsubishi iMiEV Mitsubishi iMiEV
Czas ładowaniaŚrednia moc ładowania [kW]
1 h 16
30 min 32
15 min 64
10 min 96
5 min 192
1 min 960
20 s 2880
10 s 5760
Tabela 4: Teoretyczna moc ładowania akumulatora w samochodzie Mitsubishi iMiEV (16 kWh)

Tesla Model S Tesla Model S
Czas ładowaniaŚrednia moc ładowania [kW]
1 h 70
30 min 140
15 min 280
10 min 420
5 min 840
1 min 4200
20 s 12600
10 s 25200
Tabela 5: Teoretyczna moc ładowania akumulatora w samochodzie Tesla Model S (70 kWh)

Analizując powyższe wyniki można stwierdzić, że ładowanie pojazdów elektrycznych w ciągu sekund to czysta abstrakcja. Nawet najmniejszy pojazd ELMOTO HR-2 potrzebuje 72 kW, żeby naładować się w minutę i to wciąż bez uwzględniania sprawności ładowarki. Jeśli chodzi o Mitsubishi iMiEV to do ładowania w przeciągu minuty potrzebujemy już ponad 1 MW mocy. Tesla Model S potrzebowałaby natomiast ponad 4,2 MW mocy, aby uzupełnić energię w minutę.

Wydaje się zatem, że odkrycie naukowców z MIT nie będzie miało żadnego znaczenia dla pojazdów elektrycznych i hybrydowych. Akumulator, który można naładować w sekundy to rzecz zdecydowanie wyprzedzająca swój czas. Niemniej jednak należy mieć nadzieję, że opracowanie akumulatorów, posiadających zdolność ładowania i rozładowywania w 10-20 s, zaowocuje zwiększeniem ich trwałości przy dłuższych czasach, rzędu kilkudziesięciu minut.

Źródła

Dodaj komentarz

Nazwa użytkownika: Data: 2010-09-03 23:57:54

Komentarze ( 10 )