Возможно, вы слышали о кабелях Samsung для быстрой зарядки. Это кабели большего сечения, которые могут выдерживать ток 2 А, а могут заряжать ваш телефон быстрее .

По сравнению со стандартным кабелем, который может выдерживать ток только 0,5 А, кабель для быстрой зарядки Android может эффективно увеличить скорость зарядки. Если вам не нравится подключать кабель к телефону каждый раз, когда вам нужно заряжать, вы можете использовать магнитный кабель для быстрой зарядки. зарядный кабель для Android.

8.Используйте беспроводное зарядное устройство Samsung

Некоторые могут посоветовать вам держаться подальше от беспроводных зарядных устройств , если вы хотите быстро заряжать Samsung S7 и другие устройства, но у Samsung есть решение для , как работает беспроводная зарядка для устройств быстрой зарядки.

Беспроводное зарядное устройство Samsung Fast Charge Qi позволяет заряжать любые Qi-совместимые устройства без необходимости подключения к электросети.

Быстрая зарядка Беспроводные зарядные устройства Samsung с подставками позволяют безопасно использовать устройство во время зарядки.И это хорошая альтернатива, когда быстрое зарядное устройство Samsung не работает.

Скорость зарядки, конечно, по-прежнему зависит от устройства и от того, что на нем запущено.

9. Используйте адаптивное зарядное устройство для быстрой зарядки

В устройствах Samsung есть встроенная функция быстрой зарядки, которая позволяет быстрее заряжать аккумулятор, когда экран или устройство выключены.

Эта функция использует новейшую технологию зарядки аккумуляторов, которая увеличивает мощность зарядки устройства, обеспечивая быструю зарядку.

Многочисленные телефонов Android поддерживают быструю зарядку . Некоторые устройства Samsung, поддерживающие быструю зарядку:

• Galaxy S6
• Galaxy S6 +
• Galaxy S6 Edge
• Galaxy S7
• Galaxy S7 Edge
• Galaxy S8
• Galaxy S8 +
• Galaxy Note 4
• Galaxy Note 5
• Note Edge

Обратите внимание, что эта функция быстрой зарядки не работает со стандартными зарядными устройствами. Вам потребуется зарядное устройство, поддерживающее адаптивную быструю зарядку или быструю зарядку 2. 0.

Samsung не только заряжают аккумулятор быстрее, но и помогают в продлить срок службы аккумулятора .

Устройство Samsung может автоматически определять, когда к нему подключено быстрое зарядное устройство. Вы также можете включить его вручную, зайдя в настройки своего устройства и нажав «Батарея».

Найдите «Дополнительные параметры», чтобы получить доступ к «Расширенным настройкам». Нажмите на ползунок, чтобы включить «Быстрая зарядка кабеля».

Часто задаваемые вопросы

Самый эффективный способ быстрой зарядки телефона Samsung — выключить устройство и использовать зарядное устройство, входящее в комплект поставки телефона.

Если выключить телефон или использовать режим полета нельзя, то вы можете полностью отказаться от просмотра или использования других приложений и выключить экран во время зарядки.

Быстрая зарядка — это технология адаптивного быстрого зарядного устройства, которая позволяет увеличить мощность зарядки для более быстрой зарядки аккумулятора.

Заряжайся быстрее и играй усерднее!

Пора отказаться от всех трудоемких привычек, связанных с зарядкой, и перейти к победе над быстрой зарядкой.Есть несколько способов более быстрой зарядки устройств Samsung.

У вас есть варианты, такие как кабели для быстрой зарядки, надежный аккумулятор или выключение устройства. Надеюсь, вы найдете способ, который сделает быструю зарядку обычным делом для вашего Android.

Вы ненавидите выключать устройство, чтобы зарядить его? Привыкли ли вы пользоваться смартфоном, пока он подключен к зарядному устройству?

Мы хотели бы узнать ваши вопросы или узнать, как вы справились с проблемами зарядки, в комментариях ниже.Протяните руку помощи своим друзьям и расскажите им об этих советах. Заряжайте быстрее, чтобы вы могли играть больше и получать больше удовольствия от своего устройства Samsung Android.

Главное изображение

Как заряжать iPhone быстрее — розетка

Единственное, что может быть хуже смерти вашего телефона, — это ждать, пока он зарядится. К счастью, есть несколько устройств, которые вы можете использовать, и настройки, которые вы можете изменить, чтобы вернуть iPhone к жизни в кратчайшие сроки. Вот все, что вам нужно знать о том, как быстрее заряжать iPhone и продлить срок службы аккумулятора.

Используйте настенное зарядное устройство для быстрой зарядки iPhone

Самый быстрый способ зарядить iPhone — это подключить его к настенному зарядному устройству. Если у вас iPhone 8 или новее, вы можете заряжать свой iPhone еще быстрее с помощью адаптера питания мощностью 18 Вт (ватт) или выше. Если у вас iPhone 12, вам понадобится адаптер питания на 20 Вт для быстрой зарядки.

Все iPhone, выпущенные после iPhone 8, поддерживают функцию, называемую быстрой зарядкой, что означает, что аккумулятор можно зарядить до 50% примерно за 30 минут. Для сравнения, тесты показывают, что зарядка iPhone до 50% с помощью зарядного устройства на 5 Вт, которое поставляется с большинством моделей, может занять около 90 минут.

Apple когда-либо поставляла только адаптер питания, который поддерживает быструю зарядку с iPhone 11. Так что, если у вас есть другая модель, вам нужно будет отдельно купить адаптер питания, который поддерживает быструю зарядку.

Вы можете найти мощность, указанную на нижней части большинства адаптеров питания. В противном случае вы можете рассчитать мощность, умножив вольты на амперы.Например, если зарядное устройство имеет выходную мощность 10 В и 2 А, оно будет иметь мощность 20 Вт.

Чтобы гарантировать, что ваш адаптер питания поддерживает быструю зарядку, лучше всего купить тот, который произведен Apple, или тот, который был сертифицирован для работы с вашей моделью iPhone. Apple утверждает, что если вы покупаете адаптер питания стороннего производителя, он также должен поддерживать USB Power Delivery (USB-PD).

Если вы все же подключаете iPhone к компьютеру, а не к зарядному устройству, Apple рекомендует держать компьютер включенным.В противном случае вы можете разрядить аккумулятор iPhone вместо того, чтобы заряжать его.

Также используйте кабель для быстрой зарядки

Чтобы воспользоваться преимуществами быстрой зарядки iPhone, вам также потребуется кабель USB-C. В отличие от традиционных кабелей USB-A, мощность которых ограничена 12 Вт, новые кабели USB-C могут питать устройства мощностью до 100 Вт.

Если вы собираетесь купить сторонний кабель USB-C — Lightning, вам следует искать тот, который сертифицирован MFi (Made for iPhone).Кроме того, вы хотите найти новую версию кабеля USB-C — Lightning для C94, а не более старые версии C89 или C48.

Уменьшите яркость экрана, чтобы сэкономить заряд батареи

Один из самых простых способов быстрее зарядить iPhone — это уменьшить яркость экрана. Для этого откройте приложение «Настройки» на iPhone и коснитесь Дисплей и яркость . Затем перетащите ползунок ниже Яркость влево.

Вы также можете получить доступ к ползунку яркости из Центра управления на вашем iPhone.Для этого смахните вниз от правого верхнего угла iPhone X и более поздних моделей или проведите вверх от нижней части iPhone 8 или более ранних версий. Затем коснитесь и перетащите ползунок яркости со значком солнца вниз.

Используйте темный режим для экономии заряда батареи (и ваших глаз)

Согласно исследованию Университета Пердью, переход в темный режим экономит в среднем 39-47% заряда аккумулятора. Однако это касается только смартфонов с OLED-экранами, в том числе некоторых моделей от iPhone X и более поздних версий.

Чтобы включить темный режим, перейдите в «Настройки »> «Дисплей и яркость» и выберите « Темный » в верхней части экрана. Вы также можете получить доступ к этому параметру из Центра управления, нажав и удерживая ползунок яркости. Затем нажмите значок Dark Mode в нижнем левом углу.

Если вы хотите узнать больше о том, как использовать темный режим на своем iPhone, ознакомьтесь с нашим пошаговым руководством здесь.

Переключитесь в режим полета (и используйте вызовы WiFi)

Поскольку соединения WiFi потребляют меньше энергии, чем сотовые сети, Apple предлагает включить режим полета, чтобы сохранить заряд батареи на вашем iPhone.Однако как только вы включите режим полета, сотовые данные вашего iPhone будут отключены, поэтому вы сможете совершать и принимать звонки только через Wi-Fi.

Чтобы включить авиарежим на вашем iPhone, перейдите в настройки и коснитесь ползунка рядом с авиарежимом . Вы также можете открыть Центр управления и коснуться значка самолета в верхнем левом углу экрана, чтобы включить режим полета.

После включения режима полета сотовые данные iPhone будут отключены. Ваши Wi-Fi и Bluetooth также могут отключиться, но вы можете легко включить их снова, нажав их значки в Центре управления или включив их в настройках.

Чтобы узнать, как использовать вызовы Wi-Fi для совершения и приема телефонных звонков на вашем iPhone, ознакомьтесь с нашим пошаговым руководством здесь.

Включите режим низкого энергопотребления для более быстрой зарядки iPhone

Один из лучших способов убедиться, что ваш iPhone заряжается быстрее, — это включить режим низкого энергопотребления во время зарядки. Эта функция снижает яркость экрана и оптимизирует производительность вашего iPhone за счет уменьшения количества анимаций и отключения определенных фоновых задач.

Чтобы включить режим низкого энергопотребления на вашем iPhone, перейдите в «Настройки »> «Батарея » и коснитесь ползунка рядом с «Режим низкого энергопотребления ».Вы также можете быстрее включить режим низкого энергопотребления, открыв Центр управления и коснувшись значка батареи.

Отсюда вы также можете увидеть Insights and Suggestions , в котором даются советы по экономии заряда батареи, или вы можете прокрутить вниз, чтобы увидеть, какие приложения потребляют больше всего батареи. Режим низкого энергопотребления будет автоматически отключен, когда ваш iPhone будет заряжен до 80%.

Отключите оптимизированную зарядку аккумулятора, чтобы зарядить iPhone до 100%

Стремясь увеличить время автономной работы iPhone, Apple теперь останавливает заряд вашего iPhone выше 80%, когда он подключен к зарядному устройству на длительное время.Итак, если вам нужно зарядить iPhone на 100% быстрее, вы можете отключить функцию Оптимизированная зарядка аккумулятора.

Чтобы отключить функцию оптимальной зарядки аккумулятора на iPhone, перейдите в «Настройки »> «Батарея»> «Состояние аккумулятора» и коснитесь ползунка рядом с ползунком «Оптимизированная зарядка аккумулятора ». Затем вы увидите всплывающее окно с предупреждением о том, что эта функция помогает снизить заряд батареи, поэтому вам следует включить ее только на короткое время.

Отсюда вы также можете увидеть информацию о состоянии аккумулятора вашего iPhone, включая его текущую максимальную емкость. Это говорит вам, сколько энергии может хранить ваш аккумулятор по сравнению с тем, когда он был новым. Вы также можете увидеть дополнительные предупреждения на этом экране, если есть проблемы с аккумулятором вашего iPhone.

Снимите чехол iPhone, чтобы предотвратить перегрев

Чтобы предотвратить повреждение аккумулятора, iPhone теперь будет замедлять или прекращать зарядку, если устройство становится слишком горячим. А поскольку при зарядке аккумулятора выделяется много тепла, Apple рекомендует вынуть iPhone из чехла, если вы заметили, что он нагревается.

Вы также можете предотвратить перегрев iPhone, поместив его в прохладное место, вдали от прямых солнечных лучей, пока он заряжается.

Выключайте iPhone, чтобы заряжать его быстрее

Хотя это может быть сложно, полное выключение iPhone — это самый быстрый способ зарядить аккумулятор. Если вы не пользуетесь телефоном во время зарядки, аккумулятор не разряжается. Кроме того, выключение iPhone также может очистить его кеш и ускорить его работу.

Чтобы выключить iPhone, перейдите в «Настройки »> «Общие» , прокрутите вниз до конца и нажмите « Завершение работы» .

Если вы в пути, просмотрите наш список лучших портативных зарядных устройств для телефонов, чтобы найти то, которое поддерживает быструю зарядку вашего iPhone.

Если ваш iPhone был поврежден водой, возможно, вам придется заменить его. Посетите страницу Amazon на iPhone, чтобы найти тот, который лучше всего подходит для вас.

Как включить или отключить быструю зарядку на телефоне Samsung Galaxy

Большинство современных телефонов Android оснащены технологией быстрой зарядки, которая может значительно сократить время, необходимое для зарядки вашего устройства.Ниже приведены инструкции по включению или отключению быстрой зарядки на телефоне Samsung Galaxy.

Быстрая зарядка телефона Samsung Galaxy

Хотя телефон с функцией быстрой зарядки может перейти от нуля до полной зарядки в течение 30 минут, широко распространено мнение, что быстрая зарядка выделяет больше тепла по сравнению с обычной зарядкой.

Перегрев устройства может быть проблемой, если вы находитесь в перегретом помещении или сидите в машине без кондиционера.

Другое убеждение (или миф?) Заключается в том, что быстрая зарядка может повредить аккумулятор в течение определенного периода времени и вызвать повреждение других компонентов, если устройство испытывает проблемы с оборудованием.

Samsung, похоже, учел эти опасения и предлагает простой способ включить или отключить быструю зарядку.

1. Включение или отключение быстрой зарядки (Android 10 и выше)

Выполните следующие действия, чтобы включить или отключить быструю зарядку на телефонах с Android 10 и более поздних версий.

1. Выберите «Настройки»> «Уход за устройством»> «Аккумулятор»> «Зарядка».

2. На следующем экране переместите переключатель рядом с Быстрая зарядка в положение ВЫКЛ.

В любой момент вы можете включить быструю зарядку, переместив переключатель в положение ON.

2. Включение или отключение быстрой зарядки на старых телефонах Samsung Galaxy

Выполните следующие действия, чтобы включить или выключить функцию быстрой зарядки на телефоне Samsung Galaxy

1. Откройте «Настройки», прокрутите вниз и нажмите «Батарея».

2. На экране «Аккумулятор» можно включить или отключить быструю зарядку с помощью кабеля и быструю беспроводную зарядку, переместив ползунок в положение ВКЛ. Или ВЫКЛ.

Как можно догадаться из их названий, «быстрая зарядка по кабелю» ускоряет зарядку через кабель, а «быстрая беспроводная зарядка» работает только при использовании беспроводного зарядного устройства.

Связанные

Как включить или отключить быструю зарядку на Galaxy S21, S20, S10, S9, Note

Вы можете отключить быструю зарядку кабеля, чтобы продлить срок службы батареи. Если вы не знали, чем быстрее заряжается аккумулятор, тем меньше циклов он может выдержать.

Вот почему мы настоятельно рекомендуем выключать его, если вы не торопитесь и у вас достаточно времени, чтобы зарядить аккумулятор более низким током. Это продлит срок службы встроенной батареи, и вам придется заменить ее гораздо позже.

По умолчанию включена быстрая зарядка через кабель. Но если вы отключили его и забыли, где находится этот параметр, это руководство также поможет вам.

Как включить и отключить режимы быстрой и сверхбыстрой зарядки на Galaxy S21, S20 с помощью One UI 3.1, 3,0

Вот шаги для Galaxy S21, S21 +, S21 Ultra. Они должны быть применимы к серии S20 с One UI 3.0 и даже тогда, когда эти модели получают One UI 3.1.

Зайдите в «Настройки».

Прокрутите вниз и нажмите «Аккумулятор и уход за устройством».

Выберите «Батарея».

Прокрутите вниз до самого низа экрана и нажмите «Дополнительные настройки батареи».

Здесь вы можете включить или отключить такие опции, как:

• быстрая зарядка
• сверхбыстрая зарядка
• и быстрая беспроводная зарядка

Включение / отключение быстрой зарядки на Galaxy S10, S9, Note с одним пользовательским интерфейсом 2.

В One UI 2.1 / 2.5 настройки батареи были переработаны по сравнению с One UI 2.0, поэтому шаги немного другие.

шагов для Galaxy S20, S10 (One UI 2.0, Android 10)

Сделайте следующее:

Завершение

Вот и все. Включайте быструю зарядку только тогда, когда она вам действительно нужна. Например, когда вы пришли домой переодеться и знаете, что через полчаса уедете на встречу, тогда уместно включить быструю зарядку, чтобы телефон мог как можно быстрее восполнить энергию.Но если у вас есть неограниченное время для зарядки аккумулятора Galaxy, мы рекомендуем выключить его.

Удачного дня с любимым смартфоном Galaxy!

Быстрая зарядка литий-ионных аккумуляторов при любых температурах

Значение

Беспокойство о запасе хода является ключевой причиной того, что потребители неохотно выбирают электромобили. Чтобы быть действительно конкурентоспособными с бензиновыми автомобилями, электромобили должны позволять водителям быстро перезаряжаться в любом месте в любую погоду, например, заправлять бензиновые автомобили. Однако ни один из современных электромобилей не допускает быструю зарядку при низких или даже низких температурах из-за риска литиевого покрытия, образования металлического лития, которое резко сокращает срок службы батареи и даже приводит к угрозе безопасности. Здесь мы представляем подход, который обеспечивает быструю зарядку литий-ионных аккумуляторов за 15 минут при любых температурах (даже при -50 ° C), сохраняя при этом значительный срок службы (4500 циклов, что эквивалентно> 12 лет и> 280000 миль электромобиля). срок службы), что делает электромобили действительно независимыми от погодных условий.

Abstract

Быстрая зарядка является ключевым фактором массового внедрения электромобилей (EV). Ни один из современных электромобилей не выдерживает быстрой зарядки при низких или даже низких температурах из-за риска литиевого покрытия. Попытки включить быструю зарядку затрудняются из-за компромиссного характера литий-ионной батареи: улучшение возможности быстрой низкотемпературной зарядки обычно приносит в жертву долговечность элементов. Здесь мы представляем управляемую структуру ячеек, чтобы устранить этот компромисс и обеспечить быструю зарядку без литиевого покрытия (LPF).Кроме того, элемент LPF обеспечивает унифицированную практику зарядки независимо от температуры окружающей среды, предлагая платформу для разработки материалов для аккумуляторов без температурных ограничений. Мы демонстрируем элемент LPF 9,5 А · ч 170 Вт · ч / кг, который может быть заряжен до 80% заряда за 15 минут даже при -50 ° C (за пределами рабочего предела элемента). Кроме того, элемент LPF выдерживает 4500 циклов зарядки 3,5-C при 0 ° C с потерей емкости <20%, что в 90 раз увеличивает срок службы по сравнению с базовым обычным элементом и эквивалентно> 12 лет и> 280000 миль. Срок службы электромобиля в таких экстремальных условиях использования, т.е.е., 3,5-C или 15-минутная быстрая зарядка при отрицательных температурах.

Электромобили (ЭМ) имеют большие перспективы в решении проблем изменения климата и энергетической безопасности (1). Автопроизводители выстраиваются в очередь, чтобы наводнить рынок серией новых электромобилей. Несмотря на быстрое падение стоимости литий-ионных аккумуляторов (LiB) на 80% за последние 7 лет (2), рынок электромобилей по-прежнему составляет лишь около 1% годовых продаж легковых автомобилей. Беспокойство о запасе хода, страх, что у электромобиля может закончиться заряд во время поездки с водителем, который остался в затруднительном положении, долгое время упоминался как основная причина, по которой потребители неохотно выбирают электромобили.Это беспокойство усугубляется тем фактом, что подзарядка электромобилей обычно занимает гораздо больше времени, чем заправка автомобилей с двигателем внутреннего сгорания (ICEV). Исследования показали, что годовой пробег электромобилей увеличился более чем на 25% в районах, где водители имеют доступ к станциям быстрой зарядки, даже в тех случаях, когда быстрая зарядка использовалась для от 1 до 5% от общего числа случаев зарядки (3).

По всему миру идет захватывающая гонка за увеличение количества и мощности станций быстрой зарядки. BMW, Daimler, Ford и Volkswagen в прошлом году создали совместное предприятие (4) для развертывания 400 «сверхбыстрых» зарядных станций по всей Европе к 2020 году с мощностью зарядки до 350 кВт, что позволяет заряжать электромобиль с пробегом 200 миль. (е.г., Chevy Bolt с батареей на 60 кВтч) за ∼10 мин. Honda также объявила о планах по выпуску электромобилей, способных к 15-минутной быстрой зарядке к 2022 году. Совсем недавно Министерство энергетики США объявило о финансировании проектов по разработке технологий сверхбыстрой зарядки (5) с целью дальнейшего увеличения мощности зарядки до 400 кВт.

Критическим препятствием для быстрой зарядки является температура. Чтобы быть действительно конкурентоспособными с ICEV, быстрая зарядка электромобилей не должна зависеть от региона и погодных условий, так же, как заправка бензинового автомобиля.Зимой на половине территории США средняя температура ниже 0 ° C, как показано на рис. 1 A (6). Однако ни один из современных электромобилей не поддерживает быструю зарядку при низких температурах. Nissan Leaf, например, можно зарядить до 80% за 30 минут (заряд ~ 2 ° C) при комнатной температуре, но для зарядки того же количества энергии при низких температурах потребуется> 90 минут (заряд + . В суровых условиях большая поляризация анода может подтолкнуть потенциал графита ниже порога для литиевого покрытия (8, 9).

LPF Быстрая зарядка независимо от температуры окружающей среды. ( A ) Средняя зимняя температура в США. Половина из них <0 ° C, а 47 состояний <10 ° C. ( B ) Литературные данные о сроке службы при различных температурах, нормированные на срок службы при 25 ° C. Элемент LPF позволяет сместить парадигму от экспоненциальной линии обычных литий-ионных элементов к верхней горизонтальной линии. ( C — E ) Схематическое изображение структуры управляемого элемента для быстрой зарядки LPF. Ячейка ( ° C, ) первоначально при температуре замерзания ( D ) проходит этап быстрого внутреннего нагрева, чтобы поднять ее температуру выше порогового значения (T _LPF ), что исключает нанесение литиевого покрытия до ( E ). заряжено. Используется самонагревающаяся конструкция батареи, которая имеет тонкую никелевую фольгу внутри элемента (подробности см. В приложении SI , рис. S4).Эта структура ячейки позволяет интеллектуально управлять разделением тока между никелевой фольгой (нагрев) и материалами электродов (зарядка) в зависимости от температуры ячейки (ячейка T _, ). ( D ) Если ячейка T LPF , переключатель замыкается, чтобы направить весь ток в никелевую фольгу для быстрого нагрева (~ 1 ° C / с) без проникновения в материалы анода (без покрытия). ( E ) Как только элемент T > T _LPF , переключатель размыкается, и весь ток уходит в электродные материалы для быстрой зарядки без литиевого покрытия.

Основным признаком литиевого покрытия является резкая потеря емкости в дополнение к угрозам безопасности. Действительно, недавние данные показали, что срок службы LiB значительно снижается с температурой. Коммерческий 16-Ач графит / LiNi _1/3 Mn _1/3 Co _1/3 O _{2 ячейки} в европейском проекте Mat4Bat потеряли 75% емкости за 50 циклов с зарядкой 1 ° C при 5 ° C (10), хотя одни и те же клетки могут выдержать 4000 циклов при 25 ° C. Schimpe et al. (11) циклически повторяли идентичные элементы графит / LiFePO ₄ при разных температурах.Ячейки при 25 ° C потеряли 8% емкости за 2800 эквивалентных полных циклов (EFC). При такой же потере емкости срок службы элементов сокращается до 1800 EFC при 15 ° C, 1400 EFC при 10 ° C и 350 EFC при 0 ° C. На рис. 1 B обобщены некоторые недавние данные (11⇓⇓⇓ – 15) в литературе о сроке службы при различных температурах, нормированные на соответствующий срок службы при 25 ° C. Можно отметить явное экспоненциальное падение жизненного цикла с температурой в соответствии с законом Аррениуса, предложенным Waldmann et al. (12). Даже при низкой температуре 10 ° C срок службы элементов составляет лишь половину от срока службы при 25 ° C.Стоит отметить, что в 47 из 50 штатов США зимой средняя температура ниже 10 ° C (рис. 1 A ). Даже при ежегодном усреднении ( SI Приложение , рис. S1) 23 состояния имеют температуру ниже 10 ° C. Таким образом, даже когда станции быстрой зарядки становятся повсеместными, потребители все еще не могут быстро заправлять свои электромобили в течение большей части года из-за низких температур окружающей среды.

В основном, на литиевое покрытие влияют скорость ионной проводимости и диффузии в электролите, диффузия лития в частицах графита и кинетика реакции на графитовых поверхностях.Все ключевые параметры, управляющие этими процессами, подчиняются закону Аррениуса и существенно падают с температурой ( SI Приложение , рис. S2). Таким образом, подключаемый гибридный аккумулятор EV (PHEV), который может выдерживать заряд 4 ° C без литиевого покрытия при 25 ° C, может допускать заряд только 1,5 ° C при 10 ° C и C / 1,5 при 0 ° C для предотвращения литиевое покрытие ( SI, приложение , рис. S3), которое объясняет длительное время перезарядки современных электромобилей при низких температурах. Для повышения способности к быстрой зарядке исследования в литературе были сосредоточены на улучшении анодных материалов, таких как покрытие графита нанослоем аморфного кремния (16, 17), и разработке новых материалов, таких как титанат лития (18, 19) и графеновые шарики (20), и по разработке новых электролитов (21, 22) и добавок (23).LiB, однако, хорошо известны своей компромиссной природой между ключевыми параметрами (24). Улучшение одного свойства без ущерба для другого всегда нетривиально. Например, электролит с превосходными характеристиками при низких температурах довольно часто нестабилен при высоких температурах (23, 24). Точно так же уменьшение размера частиц и / или увеличение площади поверхности активных материалов Брунауэра – Эммета – Теллера (БЭТ) способствует быстрой зарядке, но при этом страдает срок службы батареи и безопасность. Чрезвычайно сложно, если вообще возможно, разработать материалы с высокой скоростью зарядки, сохраняя при этом долговечность и безопасность в широком диапазоне температур.

Здесь мы делаем попытку освободить науку об аккумуляторах от компромиссов. В частности, мы представляем структуру ячеек, которой можно активно управлять для достижения быстрой зарядки без литиевого покрытия (LPF) при любых температурах окружающей среды, что позволяет изменить парадигму соотношения между сроком службы и температурой (рис. 1 B ), с корреляция Аррениуса обычных LiB с горизонтальной линией, нечувствительной к температуре. Мы выбрали пакетные ячейки емкостью 9,5 Ач с графитовым анодом, LiNi _0.6 Mn _0,2 Co _0,2 O _{2 Катод} (NMC622) и плотность энергии на уровне ячейки 170 Втч / кг для демонстрации. Благодаря структуре ячеек LPF, элемент выдержал 4500 циклов (2806 EFC) зарядки 3,5-C при 0 ° C до достижения 20% потери емкости, что означает, что даже если электромобиль заряжается один раз в день в таких суровых условиях, Элемент LPF имеет срок службы 12,5 лет и может обеспечить дальность действия> 280 000 миль (при условии, что 1 EFC ≈ 100 миль). Это уже выходит за рамки гарантии большинства ICEV.Для сравнения, обычный LiB-элемент с идентичными материалами батареи в тех же условиях тестирования (заряд 3,5 ° C при 0 ° C) потерял 20% емкости всего за 50 циклов и 23 EFC.

Кроме того, в этой работе подчеркивается концепция унифицированной практики зарядки, независимой от температуры окружающей среды. Для электромобилей профили разряда батареи зависят от поведения водителей, но протоколы зарядки определяются производителями. Сегодняшние электромобили должны снижать скорость зарядки при понижении температуры из-за опасений по поводу литиевого покрытия.С помощью элемента LPF зарядка при любой температуре окружающей среды превращается в зарядку при оптимальной температуре всего за десятки секунд. Как показано здесь, элемент LPF может быть заряжен до 80% состояния заряда (SOC) за 15 минут даже при температуре окружающей среды -50 ° C. Более того, кривая зарядного напряжения при -50 ° C почти такая же, как и при 25 ° C. Эта унифицированная практика зарядки может значительно упростить управление аккумулятором и продлить срок его службы.

Кроме того, ячейка LPF предлагает платформу для материаловедов.Постоянной проблемой при исследовании материалов для аккумуляторов является поиск материалов, которые могут поддерживать хорошие характеристики в широком диапазоне температур. Поскольку температурные ограничения снимаются с ячейками LPF, исследователям нужно только оптимизировать характеристики материала около одной температуры.

Результаты и обсуждение

Контролируемая структура ячеек для быстрой зарядки LPF.

Ключевая идея быстрой зарядки LPF состоит в том, чтобы заряжать элемент всегда выше температуры, которая может препятствовать образованию литиевого покрытия, далее именуемой температурой LPF (T _LPF ).Как показано на рис. 1 C — E , этап быстрого внутреннего нагрева (рис. 1 D ) добавляется перед этапом зарядки (рис. 1 E ), чтобы гарантировать, что аккумулятор заряжен при температура выше T _LPF .

Быстрый нагрев необходим для быстрой зарядки LPF, так как общее время зарядки, включая нагрев, ограничено от 10 до 15 минут. Обычные методы нагрева батареи с использованием внешних нагревательных устройств или систем терморегулирования ограничены внутренним конфликтом между скоростью нагрева и однородностью (т.е., высокая скорость нагрева приводит к неоднородной температуре и локализованному перегреву вблизи поверхности ячейки), как подробно описано в ссылке. 25; таким образом, их скорость нагрева ограничена ~ 1 ° C / мин (26), что означает, что нагрев от -20 ° C до 20 ° C уже займет> 40 мин. Добавляя время на зарядку, он уже не в категории быстрой зарядки. В этой работе мы используем самонагревающуюся структуру LiB (27), которая имеет тонкую никелевую (Ni) фольгу, встроенную в ячейку, которая может создавать огромный и равномерный нагрев, как показано в приложении SI, приложение , рис.S4. Фольга Ni является неотъемлемым компонентом отдельной ячейки вместе с электродами и электролитом. Он служит внутренним нагревательным элементом, а также внутренним датчиком температуры, поскольку его электрическое сопротивление изменяется линейно с температурой ( SI Приложение , рис. S5). Кроме того, введение никелевой фольги добавляет только 0,5% веса и 0,04% стоимости по сравнению с обычным одиночным элементом LiB.

Стратегия управления, основанная на структуре самонагревающейся батареи, разработана в этой работе, как показано на рис.1 С — Е . Ключом к этой стратегии является интеллектуальное разделение входного тока между никелевой фольгой (нагрев) и материалами электродов (зарядка) в зависимости от температуры элемента (T _{, ячейка} ). Если T _{элемент} LPF (Рис. 1 D ), постоянное напряжение, близкое к напряжению холостого хода элемента (OCV), применяется вместе с замыканием переключателя между положительной клеммой и клеммой активации. Поскольку напряжение элемента ≈ OCV, весь ток от источника заряда направляется к никелевой фольге, чтобы генерировать огромное внутреннее тепло, не проникая в материалы анода (без литиевого покрытия).Как только элемент T > T _LPF (рис. 1 E ), переключатель открывается для перехода из режима нагрева в режим зарядки, при этом ток подается на материалы электродов без какого-либо риска литиевого покрытия.

Для демонстрации быстрой зарядки LPF мы выбрали 9,5 Ач графитовых / NMC622 ячеек. Элементы имеют емкость 1,85 мАч / см ² и плотность энергии на уровне элементов 170 Втч / кг. Выбор скорости заряда и T _LPF основан на результатах моделирования потенциала осаждения Li (LDP) в приложении SI , рис.S3 с использованием откалиброванной модели LiB. Как правило, T _LPF должен иметь минимальную температуру, при которой можно избежать лития при данной скорости заряда. Хотя более высокая температура всегда благоприятна для устранения литиевого покрытия, она также может ускорить рост межфазной границы твердого электролита (SEI). В этой работе скорость заряда 3,5 C и T _LPF ∼25 ° C выбраны на основе SI Приложение , рис. S3 C .

На рис. 2 показан общий процесс быстрой зарядки LPF 9.Элемент емкостью 5 Ач при экстремальной температуре −40 ° C. Перед испытанием полностью разряженный элемент выдерживали в климатической камере при -40 ° C на> 12 часов. Чтобы гарантировать, что элемент не был заряжен (без литиевого покрытия) на этапе нагрева, при включении переключателя было приложено напряжение 3,15 В, что немного ниже, чем OCV (∼3,2 В) (см. Рис. 1 D ). ). Таким образом, весь входной ток проходил через никелевые фольги (рис. 2 E ) автоматически, не затрагивая материалы батареи.Поскольку напряжение ячейки было установлено на 50 мВ ниже, чем OCV, ячейка слегка разряжалась на этапе нагрева, которая постепенно увеличивалась до ~ 0,2 ° C к концу, когда ячейка стала нагретой (рис. 2 F ). Тем не менее, общая разрядная емкость во время этапа нагрева составляет только 6,85 × 10 ^-3 Ач или 0,072% емкости элемента и, следовательно, несущественна. Благодаря сильному току, протекающему через Ni-фольгу, ячейка быстро нагревается (рис. 2 C ).Когда температура поверхности достигала 20 ° C, выключатель открывался для завершения этапа нагрева, а затем ячейка отдыхала 10 с для релаксации внутреннего температурного градиента. Как показано на рис. 2 G , температура фольги Ni, самая высокая температура внутри ячейки, была <45 ° C во время нагрева и быстро падала и достигала температуры поверхности ~ 27 ° C после 10-секундного периода покоя. Это означает, что быстрый нагрев не вызывает никаких опасений по поводу безопасности. После этого ячейка переключилась в режим заряда с использованием протокола постоянного тока постоянного напряжения (CCCV) при токе 3.5 C ограничено напряжением отсечки 4,2 В до достижения 80% SOC. Весь процесс занял 894,8 с (14,9 мин), включая 61,6 с нагрева и 10 с термической релаксации.

Быстрая 15-минутная зарядка при −40 ° C. ( A — D ) Эволюция ( A ) напряжения элемента, ( B ) разделение тока между никелевой (Ni) фольгой и элементом, ( C ) температура поверхности и ( D ) SOC . Первоначально ячейка была при 0% SOC и -40 ° C, с OCV ~ 3.2 В. Весь процесс зарядки был разделен на этап быстрого внутреннего нагрева, за которым следовала 10-секундная пауза, а затем зарядка CCCV (3,5 ° C, 4,2 В) до достижения 80% SOC. ( E и F ) Интеллектуальное управление разделением тока между никелевой фольгой и материалами электродов в процессе нагрева. ( E ) Весь входной ток проходит в никелевые фольги, а ( F ) незначительный ток проходит в материалы анода (без покрытия) на этапе нагрева. ( G ) Эволюция температуры поверхности и температуры Ni-фольги во время стадий нагрева и релаксации.

Для сравнения идентичную базовую ячейку заряжали без этапа быстрого нагрева с использованием того же протокола CCCV при -40 ° C ( SI, приложение , рис. S6). Из-за чрезвычайно медленной электрохимической кинетики и транспорта электролита и, следовательно, высокого внутреннего сопротивления, напряжение элемента достигло предела 4,2 В сразу после зарядки ( SI Приложение , рис. S6 A ), а пусковой ток составлял всего ∼0,2 C. ( SI Приложение , рис. S6 B ).Зарядный ток медленно восстанавливался при медленном повышении температуры ( SI Приложение , рис. S6 C ) из-за ограниченной скорости тепловыделения. Максимальный зарядный ток составлял всего 0,85 C, и потребовалось 115 минут, чтобы достичь 80% SOC, что в 7,7 раза больше, чем у элемента LPF.

В общем, при очень низких температурах можно разработать батарею, которая разряжает разумный процент емкости; однако зарядить аккумулятор с разумной скоростью практически невозможно.Это происходит из-за асимметричной электрохимической кинетики зарядки по сравнению с разрядкой, преобладающей в электрохимии. С другой стороны, приложения обычно требуют более высокой скорости зарядки для экономии времени. Представленный здесь способ нагрева-заряда с помощью самонагревающейся конструкции батареи позволяет разделить процессы заряда и разряда за счет быстрой модуляции внутренней температуры; таким образом, он способен преодолевать более слабую электрохимическую кинетику зарядки, чем разряд, для широкого набора электрохимических ячеек накопления энергии.

Унифицированная кривая зарядки независимо от температуры окружающей среды.

На рис. 3 сравнивается зарядка элемента LPF на 9,5 Ач при различных температурах окружающей среды (−50 ° C, −40 ° C, −20 ° C и 0 ° C). Протокол испытаний был одинаковым во всех случаях: ( и ) полная разрядка при 25 ° C, а затем охлаждение до температуры испытания; ( II ) быстрое нагревание при приложении постоянного напряжения 3,15 В до тех пор, пока температура поверхности не станет> 20 ° C; ( iii ) 10-секундное расслабление; и ( iv ) зарядка CCCV (3.5 C, 4,2 В) до 80% SOC. Видно, что кривые напряжения практически одинаковы во всех случаях, несмотря на огромную разницу в температуре окружающей среды (рис. 3 A ). Нагрев ячейки с -50 до 20 ° C (∼1 ° C / с) занял 69 с, а от 0 ° C до 20 ° C (0,66 ° C / с) — 30,2 с. Более быстрый нагрев при более низкой температуре окружающей среды выиграл от снижения сопротивления никелевой фольги с повышением температуры ( SI Приложение , рис. S5), что привело к более высокому току нагрева при более низкой температуре (рис. 3 C ).Даже в случае -50 ° C этап нагрева составлял только 7,6% времени всего процесса. Общее время зарядки элемента до 80% SOC было одинаковым во всех четырех случаях (рис. 3 B , 905,7 с при –50 ° C и 863,2 с при 0 ° C, разница ∼5%). Таким образом, жесткие ограничения температуры окружающей среды на время зарядки, как и во всех современных электромобилях, полностью снимаются с помощью элемента LPF.

Единая практика зарядки независимо от температуры окружающей среды. ( A ) Кривые напряжения элемента LPF при различных температурах окружающей среды.Во всех испытаниях элемент прошел этап быстрого нагрева при 3,15 В до достижения температуры поверхности> 20 ° C, выдерживался в течение 10 с, а затем заряжался постоянным током 3,5 ° C с последующим постоянным напряжением 4,2 В. до достижения 80% SOC. ( B ) Сводка времени нагрева и общего времени, демонстрирующая, что ограничения температуры окружающей среды на время зарядки устранены. ( C и D ) Эволюция ( C ) тока через никелевую фольгу и ( D ) температуры поверхности ячейки на этапе быстрого нагрева.

Температура поверхности и фольги Ni достигла ∼27 ° C после 10-секундной термической релаксации ( SI Приложение , рис. S7) во всех четырех случаях, что указывает на то, что начальная точка зарядки аналогична. Таким образом, кривые напряжения при последующей зарядке CCCV были очень похожими ( SI, приложение , рис. S8, A ). Немного более высокое напряжение при более низкой температуре окружающей среды было приписано большему падению температуры во время зарядки ( SI Приложение , рис. S8, B ) из-за сильного охлаждения в климатической камере.При улучшении теплоизоляции и управления можно ожидать, что кривая зарядки станет унифицированной и независимой от температуры окружающей среды. Унифицированная кривая заряда может значительно упростить систему управления батареями и повысить точность оценки состояния батареи (SOC, состояние здоровья и т. Д.) И, следовательно, чрезвычайно полезна для электромобилей.

Следует отметить, что современные электромобили, в принципе, также могут быть нагреты до> T _LPF перед зарядкой, используя системы терморегулирования вне отдельных элементов; однако изначально низкая скорость внешнего нагрева (<1 ° C / мин) не позволяет решить проблему быстрой зарядки.Кроме того, поскольку автомобильные элементы становятся все больше и толще для снижения стоимости производства, скорость внешнего нагрева должна быть дополнительно снижена, чтобы избежать локального перегрева на поверхности элемента (25). Наш метод вставки никелевой фольги обеспечивает быстрый и равномерный внутренний нагрев независимо от размера ячейки (равномерность нагрева может быть гарантирована добавлением нескольких никелевых фольг). Этот метод также может быть применен к ячейкам другой геометрии. Например, фольга Ni может образовывать оболочку, обернутую вокруг первой половины цилиндрического рулона с желе перед намоткой второй половины, таким образом помещая ее прямо в середину рулона с желе для цилиндрической ячейки. Несколько примеров конструкций из никелевой фольги для различных типов и форм-факторов ячеек можно найти в ссылке. 28. Кроме того, поток тока внутри элемента между нагревательным элементом и материалами батареи активно регулируется, обеспечивая плавное переключение между режимом быстрого нагрева и режимом зарядки в зависимости от температуры элемента. Даже в крайнем случае -50 ° C, когда электролит уже перестает работать, элемент LPF все еще заряжается до 80% SOC за 15 минут, как и при комнатной температуре, что еще раз демонстрирует свой потенциал сделать электромобили по-настоящему региональными и погодными. -независимый.

Замечательный срок службы за счет отсутствия литиевого покрытия.

Далее мы демонстрируем устранение литиевого покрытия в элементе LPF. Зарядка ячейки LPF при 0 ° C сравнивается с двумя стандартными ячейками базовой линии с идентичными материалами и электродами, которые были заряжены по тому же протоколу CCCV (3,5 C, 4,2 В) до 80% SOC без этапа нагрева. Одна базовая ячейка была протестирована при 0 ° C, а другая — при 25 ° C. Как показано на Рис.4 A , кривая напряжения ячейки LPF при 0 ° C после этапа быстрого нагрева почти перекрывалась с кривой напряжения базовой ячейки при 25 ° C, с очень небольшой разницей из-за разницы в температуре. (Инжир.4 В ). Однако базовая ячейка при 0 ° C имеет гораздо более высокое напряжение, чем две другие ячейки из-за ее высокого внутреннего сопротивления. Все три элемента были оставлены в разомкнутой цепи после зарядки до 80% SOC, и кривые напряжения во время релаксации сравниваются на рис. 4 C . Четкое плато напряжения наблюдается на кривой релаксации базовой ячейки при 0 ° C, что приводит к локальному пику на кривой дифференциального напряжения (рис. 4 D ). Плато напряжения и пик дифференциального напряжения указывают на появление металлического лития, и, таким образом, являются четким доказательством того, что покрытие литием произошло в 3.5-C зарядка базового элемента при 0 ° C. В двух других случаях напряжение элемента быстро падает до относительно стабильного значения, что указывает на отсутствие литиевого покрытия во время зарядки.

Замечательный срок службы элемента LPF. Сравнение базовых ячеек при 0 ° C и 25 ° C с ячейкой LPF при 0 ° C с точки зрения напряжения ( A, ) и ( B ) температуры поверхности во время зарядки и ( C, ) напряжения и ( D ) производная напряжения во время релаксации ячейки после зарядки по времени.Все элементы были заряжены током 3,5 ° C, ограниченным 4,2 В, пока они не достигли 80% SOC. Плато напряжения в C и локальный пик дифференциального напряжения в D базовой ячейки при 0 ° C указывают на удаление металлического лития. ( E ) Сохранение емкости в зависимости от количества циклов для элемента LPF и цикла базовой ячейки с зарядкой 3,5 ° C при температуре окружающей среды 0 ° C.

Отсутствие литиевого покрытия значительно увеличило срок службы при низких температурах. Велоспорт-тесты проводились с 3.Зарядка 5-C до 4,2 В с последующим 2-минутным перерывом и затем разряд 1-C до 2,7 В. Для элемента LPF этап быстрого нагрева при постоянном напряжении 3,4 В выполнялся в начале каждого цикла и завершался. при Т _ячейка > 20 ° С с последующей 10-секундной релаксацией. Ячейки полностью охлаждались до 0 ° C после этапа разряда перед началом следующего цикла. Изменения напряжения и температуры во время цикла приведены в приложении SI , рис. S9 (один цикл) и в приложении SI , рис.S10 (10 циклов). Пропускная способность каждого цикла указана в приложении SI , рис. S11. Циклические испытания периодически приостанавливались для калибровки емкости элемента с эталонным тестом производительности (RPT) при 25 ° C ( SI, приложение , рис. S12). Измеренная разрядная емкость C / 3 в RPT была нанесена на график зависимости от номера цикла на рис. 4 E как для базовой линии, так и для ячеек LPF. Базовая ячейка потеряла 20% емкости всего за 50 циклов, тогда как ячейка LPF выдержала 4500 циклов при том же сохранении емкости, что составляет 90-кратное увеличение срока службы. Даже если водители электромобилей выполняют быструю зарядку один раз в день, 4500 циклов означают 12,5 года работы. При преобразовании в EFC (т. Е. Общая емкость, разряженная во время цикла, деленная на номинальную емкость 9,5 Ач), было получено 2806 EFC при сохранении емкости 80%, что в 122 раза больше по сравнению с базовой ячейкой (23 EFC). Предполагая 100-мильный запас хода на EFC (например, BMW i3), 2806 EFC указывают на срок службы> 280 000 миль, что намного превышает гарантии современных ICEV.

Две вышеуказанные ячейки на рис.4 E дополнительно сравнивают с дополнительными базовыми клетками, один цикл подвергался 10 ° C, а другой — 22 ° C. Эти две базовые ячейки изначально были при 20% SOC и заряжались и разряжались фиксированным объемом, равным 60% SOC свежих элементов в каждом цикле, с CCCV (3 C, 4,2 В) зарядом и 1-C разрядом. Поскольку протоколы циклирования несколько отличаются, сохранение емкости этих ячеек показано в зависимости от EFC на рис. 5 A . Отметим, что элемент с зарядкой 3-C при 10 ° C продержался всего 317 EFC при сохранении 80% емкости.Более того, элемент LPF при 0 ° C имеет даже более длительный срок службы, чем элемент базового уровня при 22 ° C. Причина двоякая. Во-первых, поскольку литиевое покрытие исключается, доминирующим механизмом старения является рост SEI, который зависит в первую очередь от температуры. Как показано в приложении SI , рис. S10 B , на участках разряда и охлаждения элемента LPF температура ниже 22 ° C. Средняя температура ячейки LPF в 10 циклах, показанных в SI Приложение , рис. S10 B , составляет 11,6 ° C, что намного ниже средней температуры базовой ячейки (~ 28 ° C).Таким образом, рост SEI в клетке LPF в целом был медленнее, чем в базовой клетке. Во-вторых, базовая ячейка заряжалась на фиксированную величину емкости в каждом цикле, которая равнялась 60% SOC свежей ячейки, но становилась больше, чем 60% SOC по мере разрушения ячейки. Таким образом, базовый элемент был заряжен до более высокого SOC, чем элемент LPF (заряжен до 4,2 В, без ступени постоянного напряжения) на поздней стадии цикла. Более высокий SOC также приведет к более быстрому росту SEI.

Смена парадигмы влияния температуры окружающей среды на старение клеток.( A ) Сравнение срока службы элемента LPF при зарядке 3,5 ° C при 0 ° C с одинаковыми базовыми элементами при разных температурах. ( B ) Скорость старения в зависимости от обратной температуры четырех ячеек в A . Скорость старения определяется как отношение потери мощности (в процентах) к EFC в конце срока службы и отображается в логарифмической шкале. ( C ) Скорость старения HE ячеек следующего поколения (с толстым электродом) в литературе. Оптимальная температура зарядки HE EV ячеек сдвигается с ∼25 ° C для существующих PHEV ячеек до ∼40 ° C до 50 ° C.

Рис. 5 B дополнительно сравнивает скорость старения в вышеупомянутых четырех случаях, которая определяется как отношение потери емкости (в процентах) к EFC в конце срока службы и отображается в логарифмической шкале в зависимости от обратной температуры. Для базовых ячеек логарифм скорости старения в зависимости от 1 / T может быть описан линейной линией, подтверждающей, что скорость старения обычных LiBs следует закону Аррениуса (12). Энергия активации оценивается в -1,37 эВ, что находится в пределах диапазона, указанного в литературе (29).Мы отмечаем, что скорость старения ячейки LPF при 0 ° C была снижена на два порядка по сравнению с базовой стандартной ячейкой и стала близкой к скорости старения базовой ячейки при комнатной температуре, что указывает на сдвиг парадигмы в соотношении между скорость старения и температура окружающей среды.

LPF Быстрая зарядка высокоэнергетических элементов при повышенной температуре.

Для будущих электромобилей дальнего действия требуется плотность энергии на уровне системы не менее 225 Втч / кг, что требует плотности энергии на уровне элементов> 300 Втч / кг (30).Типичный подход к увеличению плотности энергии на уровне ячейки — увеличение площади поверхности (и толщины) электродов. Однако элементы с более толстыми анодами более склонны к литиевому покрытию из-за большего сопротивления переносу электролита. Недавняя работа (30) показала, что ячейка-пакет из графита / NMC622 с поверхностной нагрузкой 3,3 мАч / см ² , ∼1,8 × ячейки PHEV в этой работе, потеряла 22,5% емкости за 52 цикла заряда 1,5-C при 30 ° С. После демонтажа старого элемента было обнаружено большое количество металлического лития, что указывает на то, что покрытие литием может быть серьезной проблемой в элементах с высокой энергией (HE) даже при комнатной температуре.

Возможный подход к устранению литиевого покрытия в элементах HE заключается в дальнейшем повышении температуры зарядки. Как показано в приложении SI , рис. S2, увеличение с 25 ° C до 45 ° C увеличивает кинетику интеркаляции лития на 5,6 раза, коэффициент диффузии лития в графите на 2,4 раза и проводимость электролита на 1,4 раза, и, следовательно, может способствовать снижению содержания лития. покрытие. SI Приложение , рис. S13 показывает прогнозируемый моделью LDP ячейки HE, имеющей 1,65-кратную емкость площади и толщину ячейки PHEV в этой работе.Отметим, что максимальный ток заряда при 25 ° C без литиевого покрытия падает с 4 C для элемента PHEV ( SI, приложение , рис. S3, C ) до ∼1,5 C для элемента HE ( SI, приложение , рис. .S13 A ) из-за увеличенной толщины электрода. Если заряжать элемент при 45 ° C, максимальная скорость заряда HE-элемента может быть увеличена до 3 C. Действительно, недавние исследования показали, что элементы с толстыми электродами имеют более длительный срок службы при 40-45 ° C, чем при температуре от 40 ° C до 45 ° C. комнатная температура.Группа Йоссена (31) сообщила, что ячейка графит / LiCoO ₂ с анодом толщиной 77 мкм (1,6 × настоящей работы) потеряла 30% емкости за 250 циклов с зарядкой 1 ° C при 25 ° C, но потеряла только Емкость 5% после 400 циклов при 40 ° C. Аналогичным образом группа Винтера (32) обнаружила, что срок службы элемента из графита / NMC532 с анодом толщиной 77 мкм увеличился с 400 циклов при 20 ° C до 1100 циклов при 45 ° C при сохранении емкости 70%. Совсем недавно исследователи из Samsung (20) разработали элемент HE с возможностью зарядки 5 ° C при 60 ° C.

Рис. 5 C сравнивает скорость старения вышеупомянутых клеток HE с клетками PHEV в этой работе. Также добавляется скорость старения ячейки PHEV при 45 ° C. Как сообщается в литературе (33), старение клеток является комбинированным эффектом роста SEI и литиевого покрытия. Для элемента PHEV температура 25 ° C достаточно высока, чтобы предотвратить образование лития при скорости заряда 3,5 ° C ( SI, приложение , рис. S3). Дальнейшее повышение температуры до 45 ° C привело к сокращению срока службы до 613 EFC при сохранении емкости 80% из-за более быстрого роста SEI.Для клеток HE, однако, полезно работать при температуре от ~ 40 ° C до 45 ° C из-за уменьшения литиевого покрытия, которое превосходит негативные последствия более быстрого роста SEI. Следовательно, работа при более высоких температурах может быть многообещающим подходом для увеличения срока службы клеток HE. В этом отношении нагрев будет важным шагом для зарядки элементов HE. Учитывая изначально низкую скорость внешнего нагрева, нынешний элемент LPF имеет большие перспективы для электромобилей следующего поколения, поскольку он может практически мгновенно модулировать внутреннюю температуру элемента по запросу.

В широком смысле научное достоинство описанного здесь элемента LPF состоит в том, что он предлагает общее решение для разделения кинетики заряда и разряда в науке об аккумуляторах и для ускорения зарядки аккумулятора без необходимости использования новых материалов или химии. Он также предлагает платформу для материаловедов для разработки более совершенных материалов для аккумуляторов без учета температуры. Что касается приложений, настоящая работа навсегда устраняет давние ограничения температуры окружающей среды на зарядку аккумулятора, позволяя использовать широкий спектр новой электроники и устройств, таких как всепогодные смартфоны, наружные роботы, дроны и микроспутники, работающие на больших высотах, а также новые приложения, такие как спасение машин, застрявших в снегу, и исследования в космосе и Арктике.

Методы и материалы

Пакеты для LPF емкостью 9,5 Ач были изготовлены с использованием NMC622 в качестве катода, графита в качестве анода и 1 M LiPF ₆ , растворенного в этиленкарбонате (EC) / этилметилкарбонате (EMC) (3: 7). по массе) + 2 мас.% виниленкарбоната (ВК) в качестве электролита. Элементы имеют емкость 1,85 мАч / см ² и плотность энергии на уровне элементов 170 Втч / кг. Каждая ячейка LPF имеет два куска никелевой фольги, встроенных внутрь, как показано в приложении SI , рис.S4. Каждая Ni-фольга, имеющая толщину 30 мкм и сопротивление 80,2 мОм при 25 ° C, покрыта тонким (28 мкм) полиэтилентерефталатом для электрической изоляции и зажата между двумя односторонними анодными слоями. Две трехслойные сборки уложены друг на друга внутри ячейки и соединены параллельно, причем одна сборка расположена на 1/4 толщины ячейки, а другая — на 3/4 толщины ячейки от верхней поверхности ячейки. Более подробную информацию о материалах, изготовлении, структуре и испытаниях ячеек можно найти в SI Приложение , Методы и материалы .