Οι χαμηλές θερμοκρασίες ρεκόρ του περασμένου μήνα στις Ηνωμένες Πολιτείες αύξησε τη ζήτηση ενέργειας, ενώ άφησε χωρίς ρεύμα χιλιάδες νοικοκυριά. Ο ψυχρός καιρός είχε μια άλλη ακούσια συνέπεια: εξέθεσε πόσο ευάλωτα είναι τα ηλεκτρικά οχήματα σε χαμηλές θερμοκρασίες, με πολλούς οδηγούς EV να μένουν αποκλεισμένοι αφού τα οχήματά τους ξέμειναν πρόωρα.
Σύμφωνα με την Αμερικανική Ένωση Αυτοκινήτων (AAA), ένα ηλεκτρικό όχημα μπορεί να χάσει έως και 12% της εμβέλειάς του όταν οι θερμοκρασίες πέφτουν στους -6 βαθμούς και έως και 41% εάν ανάψετε την θέρμανση στη καμπίνα. Με άλλα λόγια, για κάθε 100 μίλια συνδυασμένης οδήγησης αστικών/εθνικών οδών σε θερμοκρασίες -6, η αυτονομία ενός ηλεκτροκίνητου πέφτει στα 59 μίλια. Η απώλεια αυτονομίας λόγω χαμηλών θερμοκρασιών διαφέρει ανάλογα με το μοντέλο EV, ενώ οι χρόνοι φόρτισης μπορεί να διπλασιαστούν ή και να τριπλασιαστούν για τα παλαιότερα EV.
Η λύση
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ εργάζονται σε ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας που συνδυάζει την ενέργεια μικροκυμάτων και μια χημική αντλία θερμότητας για την παραγωγή θέρμανσης ή ψύξης κατά παραγγελία.
Με την ονομασία e-Thermal bank , το σύστημα έχει σχεδιαστεί ως δευτερεύουσα πηγή ενέργειας για ηλεκτρικά οχήματα που μπορούν να αξιοποιήσουν ηλεκτρική ενέργεια για να οδηγήσουν ένα σύστημα υψηλής πυκνότητας (1600 Wh/Kg) που βασίζεται σε θερμοχημικά. Η θερμική τράπεζα «φορτίζεται» στο σταθμό φόρτισης ηλεκτροκίνητου χρησιμοποιώντας ενέργεια μικροκυμάτων για να διαχωρίσει ένα ζεύγος εργασίας στερεών ατμών.
Κατά την εκφόρτιση, η διαδικασία αντιστρέφεται με την τροφοδοσία του ατμού σε έναν αντιδραστήρα για τη δημιουργία θερμότητας, ενώ η αντίθετη φάση χρησιμοποιεί μία εξάτμιση για να παράγει ψύξη ταυτόχρονα. Στην πραγματικότητα, αυτή η διαδικασία φόρτισης αποθηκεύει ενέργεια μικροκυμάτων μέσα στο αυτοκίνητο, στην τράπεζα e-Thermal.
«Στοχεύσαμε να αποφορτίσουμε αυτές τις εργασίες θερμικής διαχείρισης σε μια διαδικασία που βασίζεται σε μικροκύματα. Ο φούρνος μικροκυμάτων είναι μια γρήγορη μέθοδος θέρμανσης, επειδή τα μικροκύματα διεισδύουν ομοιόμορφα μέσω των υλικών και έτσι μεταφέρουν ενέργεια ομοιόμορφα στο σώμα του υλικού», δήλωσε ο καθηγητής Yongliang Li, ο οποίος είναι πρόεδρος στη Μηχανική Θερμικής Ενέργειας στη Σχολή Χημικών Μηχανικών του Μπέρμιγχαμ, όπως αναφέρει το Coolingpost.com.
Το ενεργειακό κόστος μπορεί να ελαχιστοποιηθεί με τη σύζευξη με έναν έξυπνο μετρητή για τη φόρτιση του συστήματος όταν η ενέργεια είναι φθηνή και η αποθηκευμένη ενέργεια μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί ανά πάσα στιγμή. Το Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ έχει ήδη καταθέσει αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για το σύστημα e-Thermal bank και αναζητά εμπορικούς εταίρους για αδειοδότηση συνεργασίας .
Ενίσχυση της χωρητικότητας της μπαταρίας
Η τράπεζα e-Thermal του Πανεπιστημίου του Μπέρμιγχαμ ακούγεται σαν ένας απλός αλλά αποτελεσματικός τρόπος για να αυξήσετε την αυτονομία οδήγησης EV. Όλοι οι επιστήμονες εργάζονται γύρω από τεχνολογίες που στοχεύουν στην ενίσχυση της ενεργειακής χωρητικότητας των μπαταριών των ηλεκτροκίνητων.
Ο καθηγητής Soojin Park, ο υποψήφιος διδάκτορας Minjun Je και ο Dr. Hye Bin Son από το Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας Pohang ανέπτυξαν μια μπαταρία ιόντων λιθίου υψηλής ενεργειακής πυκνότητας χρησιμοποιώντας μικροσωματίδια πυριτίου και ηλεκτρολύτες που αυξάνει την ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας κατά 40%.
Η χρήση πυριτίου ως υλικό μπαταρίας παρουσιάζει πολλές προκλήσεις. Πρώτα απ 'όλα, το πυρίτιο αυξάνεται σε όγκο περισσότερο από τρεις φορές κατά τη φόρτιση και στη συνέχεια συστέλλεται ξανά στο αρχικό του μέγεθος ενώ εκφορτίζεται, επηρεάζοντας αρνητικά την απόδοση της μπαταρίας. Δυστυχώς, η διαδικασία παραγωγής δεν είναι μόνο πολύ περίπλοκη αλλά και αστρονομικά δαπανηρή, γεγονός που την καθιστά ανέφικτη για εμπορικές μπαταρίες. Η ερευνητική ομάδα της POSTECH πέτυχε να αναπτύξει ένα οικονομικό αλλά σταθερό σύστημα μπαταριών με βάση το πυρίτιο χρησιμοποιώντας ηλεκτρολύτες πολυμερούς gel. Σε αντίθεση με τους συμβατικούς υγρούς ηλεκτρολύτες, οι ηλεκτρολύτες αυτοί υπάρχουν σε στερεή ή πηκτή κατάσταση σε ελαστική δομή πολυμερούς που παρουσιάζει καλύτερη σταθερότητα από τους υγρούς ηλεκτρολύτες τους.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια δέσμη ηλεκτρονίων για να σχηματίσουν ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ ηλεκτρολυτών gel και μικροσωματιδίων πυριτίου. Αυτοί οι ομοιοπολικοί δεσμοί διασπείρουν την εσωτερική καταπόνηση που προκαλείται από την επέκταση του όγκου, μετριάζοντας τις αλλαγές στον όγκο του μικροπυριτίου και ενισχύοντας τη δομική σταθερότητα.
Το αποτέλεσμα ήταν αξιοσημείωτο: η νέα μπαταρία παρουσιάζει σταθερή απόδοση ακόμη και με μικροσωματίδια πυριτίου (5μm), εκατό φορές μεγαλύτερα από αυτά που χρησιμοποιούνται στις παραδοσιακές ανόδους νανοπυριτίου. Η νέα μπαταρία έχει ενεργειακή πυκνότητα 40% υψηλότερη από τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου. Επιπλέον, η απλή διαδικασία κατασκευής διευκολύνει την εμπορευματοποίησή του.
