Квантовые алмазы увеличили эффективность аккумуляторов на 10%: как их используют

Группа ученых во главе с профессором Токийского технологического университета Муцуко Хатано предложили новую технологию, которая повысит эффективность аккумуляторов на 10% с помощью квантовых датчиков на основе алмазов. Они опубликовали исследование в журнале Scientific Reports, передает портал SciTechDaily.

По словам инженеров, электротранспорт сейчас работает недостаточно эффективно из-за неточной оценки заряда батареи, который используется для оценки оставшегося запаса хода. В итоге бортовой компьютер показывает меньший уровень, чем есть на самом деле, и водитель начинает искать зарядную станцию.

Сила тока в аккумуляторах электромобилей может достигать сотен ампер, однако существующие коммерческие датчики не улавливают небольшие изменения на уровне миллиампер — в результате погрешность в оценке заряда составляет около 10%. Команда инженеров разработала алмазный квантовый датчик, позволяющий оценивать уровень зарядки батареи с точностью до 10% при измерении больших токов. Они также сделали их достаточно компактными, чтобы использовать в электромобилях.

Созданный прототип исследователи разместили по бокам (электрического соединения для входящего и исходящего тока) в автомобиле и использовали метод под названием "дифференциальное обнаружение", чтобы устранить общий уровень помех, сохранив только фактический сигнал. Это, в свою очередь, позволило им обнаружить небольшой ток в 10 мА на фоне электромагнитного "шума" окружающей среды. Затем использовала аналогово-цифровое управление частотами, генерируемыми двумя микроволновыми генераторами, для отслеживания частот магнитного резонанса квантового датчика в полосе пропускания 1 ГГц. Благодаря этому получили динамический диапазон (отношение наибольшего тока к наименьшему обнаруженному) примерно в 1000 А. Кроме того, подтвердилось, что технологию можно использовать в обычных условиях при температуре от -40 до +85 градусов Цельсия.

Команда протестировала этот прототип в рамках Всемирного согласованного цикла испытаний легковых автомобилей (WLTC), стандартного теста на энергопотребление электромобилей. Датчик точно отследил ток заряда/разряда от -50 А до 130 А и продемонстрировал точность оценки заряда батареи в пределах 1%.

"Повышение эффективности использования батареи на 10% снизит вес батареи на 10 %, что сократит на 3,5% затраты энергии во время работы и на 5% — затраты энергии для производства 20 миллионов новых электромобилей в 2030 году. Это, в свою очередь, соответствует сокращению выбросов CO 2 на 0,2% в 2030 году", — прокомментировал руководитель исследования Мицуко Хатано.

Ранее ученые создали эффективные батареи из крабов и креветок. Они обнаружили, что в их панцирях содержится вещество, которое можно использовать в качестве электролита вместе с цинковыми электродами. Такие аккумуляторы получаются намного дешевле литий-ионным и ненамного уступают им по характеристикам.

Писали также, что исследователи сделали специальную пленку, которая сохраняет до 70% емкости батарей. Достаточно обработать аноды специальной щеткой и нанести "волшебный" порошок, вступающий в реакцию с электродом.