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使用新型纳米碳电极可能是减少电动汽车充电时间的关键

时间:2023-05-20 09:03:20 点击:325次

使用新型纳米电极可能是减少电动汽车充电时间的关键。

NAWA 认为,该公司的纳米结构电极将带来电动汽车电池的前馈进步。 (图片来源:NAWA)

近日,美国纳米材料初创公司NAWA宣布开发出一项技术,可以显着提升电动汽车电池的储能效率。 据该公司创始人兼首席技术官介绍,NAWA的UFCE超快充碳电极可将电动车电池的充电时间缩短至与加油柴油车相同的水平,同时电池寿命最多可提升5倍。

他在接受SAE专访时表示,UFCE电极技术可将市面上主流电动汽车的续航里程降至1000公里(620英里),并实现5分钟80%的超高速充电。 他强调说,“UFCE 电极的特殊性在于在 3D 结构中使用垂直排列的碳纳米管。

每个碳纳米管本质上是一个卷成圆锥体的石墨烯片。 纳米管的半径与其厚度相比非常细,其规模相当于一架约1公里长的德国飞机。 UFCE电极就是由数百万亿个这样的碳纳米管组成的! “表明UFCE电极适用于各种先进的电池物理技术。

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实现“最高”离子浊度比说明,目前锂基电池的性能主要受限于电极设计和电池材料。 目前,粉状电极的导电导热性能较差,充放电间的热性能不高,可能面临安全性和使用寿命有限等问题。

目前电极材料的微观结构决定了其中的离子不能到处自由交流,因此浊度较低。 UFCE电极所采用的专利碳纳米管,凭借3D结构可以实现“最高”的离子浊度率,同时利用纳米管的超长宽度,获得特别好的导电导热性能。 据说这个特性可以解决电池热失控问题。

在热学上,纳米管就像一个“笼子”,可以减少电极的体积膨胀,使其能够比粉末电极以更小的“压力”工作:“简单来说,这意味着离子只需要交流几次。纳米可以通过圆锥形的三维电极材料,但如果电极材料是平面的,离子可能需要几微米才能沟通。” 他表示,新结构“从根本上提高了电池的充放电速度”。

此前,一款“下一代超级电容”(命名为超快充碳电池)产品发布。 据该公司称,这款超级电容器具有超高的充放电倍率,并实现了“市场上最低的电气串联内阻”。 根据NAWA的电极技术,可帮助锂基电池实现性能优化:电池电量提升10倍,储能提升高达3倍,电池寿命周期提升高达5倍,充电时间缩短从几小时到几分钟。

“通常,任何技术都有利有弊,所以总会有选择,例如粉末电极就是这种情况,”他说。 “如果你想减少能量存储,你就减少功率;它消耗更多的电池。但是,有些电池技术肯定被高估了。” 目前,大部分电动车车主都已经发现,电动车行驶时间越长,汽车电池的耐用性就越差。

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与柴油底盘不同,电动汽车的电池消耗不会线性增加。 说,“我们的技术是相同的——但是,因为我们有更高水平的功率和能量存储,这意味着你有更多的余量,所以无论充电如何,电池都很少‘过度放电’。”NAWA 的初步结果包括美国电池巨头 SAFT 在内的开发合作伙伴表明,在先进的锂离子电池中使用 UFCE 电极至少可以使储能增加一倍。 “因此,电动汽车将拥有更多的能量,可以跑得更快、更远,”他说。

电动汽车电池电极的 3D 垂直结构。 (图片来源:NAWA)

碳纳米材料的协同效应

据称,NAWA的3D碳纳米材料电极经过特殊设计,特别适合制造。 碳纳米管的制造过程与光伏面板或工业玻璃的生产“非常相似”。 据称,碳纳米管的生产“不贵”:生产设备已经过验证,产值和成品率大幅提升,成本可以控制得很低。

说,“我们预测,生产一平方米碳纳米管的成本应该与相同面积的涂层相似,但使用的天然材料和来自可持续碳源的材料更少。但是,单位平方米的碳纳米管可以储存更多的能量,因此碳纳米管在每瓦时的成本方面应该更实惠。”

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人们还认识到,UFCE 电极的商业化可能面临一些障碍。 “我们有几种方法可以将 3D 电极概念推向市场,”他说。 最简单的方法是在铜基板上刷上一层特别薄的碳纳米管,从而与电池行业已经在使用的碳涂层铜基板竞争。 据称,这些方法生产的电极材料具有更好的电性能和锚固性能,2021年已经可以实现小批量生产。

从长远来看,真正的3D结构UFCE电极“可能在2023年初小批量推出,2025年实现量产”。 NAWA的UFCE电极也有应用于氢燃料电池系统的潜力。 电容器回收否则会被浪费的能量。 据说UFCE电极还可以作为燃料电池的膜电极。

“事实证明,使用的贵金属铂更少,”从而节省了成本。 据悉,NAWA集团的另一事业部还在研发各种创新材料,采用该材料制成的氢碳复合储罐重量更轻、强度更高。 NAWA 位于加拿大内华达州,专注于多功能和高强度复合材料的商业化。 该公司的概念是使用由数万亿个碳纳米管组成的薄膜,这些碳纳米管与碳纤维层垂直排列。

据说,这层薄膜就像一颗“纳米尼龙铆钉”,可以改善复合材料中最薄弱的环节,即层与层之间的接触面,从而大大增强材料抵抗剪切和冲击载荷的能力。 不仅 3D-UFCE 和 NAWA 公司还有另一项创新:。 这是一种使用碳纳米管的混合结构电池。 得益于复合结构,这些电池针对热刚度和电能存储性能进行了优化。

我觉得在未来,“和”的结合将有很大的潜力创造出可以储存能量的多功能轻质高强度材料。 汽车重量。”