Квантові алмази збільшили ефективність акумуляторів на 10%: як їх використовують
Нова технологія дозволяє точно дізнатися рівень заряду батарей і рідше їх заряджати. Незабаром її можуть упровадити в електромобілі.
Група вчених на чолі з професором Токійського технологічного університету Муцуко Хатано запропонувала нову технологію, яка підвищить ефективність акумуляторів на 10% за допомогою квантових датчиків на основі алмазів. Вони опублікували дослідження в журналі Scientific Reports, передає портал SciTechDaily.
За словами інженерів, електротранспорт зараз працює недостатньо ефективно через неточну оцінку заряду батареї, яку використовують для оцінки запасу ходу, що залишився. У результаті бортовий комп'ютер показує менший рівень, ніж насправді, і водій починає шукати зарядну станцію.
Сила струму в акумуляторах електромобілів може сягати сотень амперів, проте наявні комерційні датчики не вловлюють невеликі зміни на рівні міліампер — у результаті похибка в оцінці заряду становить близько 10%. Команда інженерів розробила алмазний квантовий датчик, що дозволяє оцінювати рівень зарядки батареї з точністю до 10% під час виміру великих струмів. Вони також зробили їх досить компактними для використання в електромобілях.
Створений прототип дослідники розмістили збоку (електричного з'єднання для вхідного та вихідного струму) в автомобілі та використовували метод під назвою "диференціальне виявлення", щоб усунути загальний рівень перешкод, зберігши лише фактичний сигнал. Це, зі свого боку, дозволило їм виявити невеликий струм 10 мА на тлі електромагнітного "шуму" навколишнього середовища. Потім використовувала аналогово-цифрове управління частотами, що генеруються двома мікрохвильовими генераторами для відстеження частот магнітного резонансу квантового датчика в смузі пропускання 1 ГГц. Завдяки цьому отримали динамічний діапазон (відношення найбільшого струму до найменшого виявленого) приблизно 1000 А. Крім того, підтвердилося, що технологію можна використовувати у звичайних умовах за температури від -40 до +85 градусів за Цельсієм.
Команда протестувала цей прототип у межах Світового узгодженого циклу випробувань легкових автомобілів (WLTC), стандартного тесту на енергоспоживання електромобілів. Датчик точно відстежив струм заряду/розряду від -50 до 130 А і продемонстрував точність оцінки заряду батареї в межах 1%.
"Підвищення ефективності використання батареї на 10% знизить вагу батареї на 10%, що скоротить на 3,5% витрати енергії під час роботи та на 5% — витрати енергії для виробництва 20 мільйонів нових електромобілів у 2030 році. Це, зі свого боку, відповідає скороченню викидів CO2 на 0,2% у 2030 році", — прокоментував керівник дослідження Міцуко Хатано.
Раніше вчені створили ефективні батареї з крабів і креветок. Вони виявили, що в їхніх панцирах міститься речовина, яку можна використовувати як електроліт разом із цинковими електродами. Такі акумулятори виходять набагато дешевше за літій-іонні та не набагато поступаються їм за характеристиками.
Писали також, що дослідники зробили спеціальну плівку, яка зберігає до 70% ємності батарей. Достатньо обробити аноди спеціальною щіткою та нанести "чарівний" порошок, який вступає в реакцію з електродом.