На 500% быстрее — и точка: новый способ радикально ускоряет зарядку электромобилей на морозе

Новое исследование выявило поразительный факт. Оказывается, при отрицательных температурах электромобили способны заряжаться почти в пять раз быстрее, чем считалось раньше. Такое ускорение произошло благодаря инновационному методу производства аккумуляторов.

Согласно данным Международного энергетического агентства (МЭА), стандартная скорость зарядки электромобилей при —10 °C обычно снижается на 30-40% по сравнению с комнатной температурой. Это делает новое открытие еще более значимым для регионов с холодным климатом.

Холод теперь не помеха

Ученые представили революционный способ, позволяющий увеличить скорость зарядки литий-ионных батарей при низких температурах вплоть до —10 °С.



В 2021 году исследователи из Стэнфордского университета разработали батарею с наночастицами кремния, которая улучшила скорость зарядки на 20%, но их метод не был эффективен при температурах ниже 0 °C. Новый подход мичиганской команды преодолел это ограничение.

Результаты исследования были опубликованы 17 марта 2025 года в научном журнале Joule. Исследователи показали, что изменения конструкции батареи и оптимизация химических процессов позволяют достичь значительного сокращения времени зарядки даже в суровых климатических условиях.


— Нил Дасгупта, автор исследования и доцент кафедры машиностроения и материаловедения в Мичиганском университете.

Плотность энергии критически важна для увеличения пробега электромобилей на одном заряде. Поэтому сохранение этого параметра при ускорении зарядки является ключевым достижением.

Известно, что низкие температуры действуют на заряд крайне отрицательно. Скорость его замедляется, а эффективность аккумуляторов значительно падает из-за особенностей химических реакций, протекающих внутри.

Как вообще функционирует батарея? В ней происходит перенос ионов лития от одного электрода к другому через жидкий электролит. Высокая температура весьма способствует быстрой работе системы, однако при охлаждении раствор электролита становится все более вязким. Из-за этого снижается интенсивность потока электронов, время полной зарядки устройства заметно удлиняется.

Разумеется, производители стараются решить эту проблему. Например, увеличивают толщину электродов, которые используются в аккумуляторах. Или меняют структуру самой батареи. Правда, к особенным успехам такие меры не привели. Напротив, они еще больше усугубили имеющиеся трудности.

В 2023 году китайские ученые провели больше исследований эффективности литий-ионных аккумуляторов. Оказалось, что изменение состава электролитов заметно снижает скорость зарядки.

Специальная добавка

В 2020 году ученые Мичиганского университета уже пытались решить проблему зарядки в условиях низких температур. Они сделали специальные каналы (тонкие отверстия) в аноде, части аккумулятора, куда «заползают» ионы лития, когда идет зарядка. После этого анод передает электроны катоду, находящемуся в другой части батареи.



Чтобы сделать каналы, исследователи воспользовались лазером. Они прожгли маленькие дырочки в слоях графена, из которого состоял катод. Благодаря этим отверстиям ионы лития могут проникать вглубь анода быстрее, и аккумулятор заряжается значительно меньше по времени.

Однако практически же сразу возникла проблема. В холодную погоду на аноде начал образовываться слой чистого лития. Непредвиденное покрытие мешало нормальному процессу химических реакций, которые происходили между анодом и электролитом. Из-за этого аккумулятор работал заметно хуже.

Для предотвращения образования нежелательного слоя исследователи разработали уникальное покрытие толщиной всего лишь 20 нанометров, выполненное из соединения литиевого бората и карбоната. Ранее проведенные эксперименты доказали, что именно такой состав позволяет существенно ускорить перенос ионов, повышая производительность твердотельных аккумуляторов.

Исследователи утверждают, что сочетание разработанного покрытия и специальных проводниковых материалов позволило добиться фантастического результата — пятикратного увеличения скорости зарядки при экстремально низких температурах. Более того, такие усовершенствованные аккумуляторы продемонстрировали впечатляющую стабильность, сохраняя до 97% первоначальной емкости даже после сотни циклов скоростной зарядки в морозных условиях.

Несмотря на небольшой масштаб эксперимента, доцент Дасгупта подчеркнул, что предложенные модификации достаточно просты для внедрения в промышленное производство. По словам ученого, новая разработка обещает значительные перспективы для аккумуляторов будущего.


— Дасгупта.