Еволюція охолодження. Вчені з Гонконгу змусили акумулятори «пітніти» для захисту від перегріву
Схема акумулятора, оснащеного мембраною, у фазі охолодження (Фото: Dr. Sui Zengguang, City University of Hong Kong)
Літій-іонні акумулятори — штука ефективна, під час роботи вони втрачають у вигляді тепла менше 10% енергії. Але й ці 10% — проблема, бо без нормального охолодження батарея швидко «вмирає» і втрачає ємність.
Для порівняння: людське тіло в плані енергоефективності — той ще аутсайдер, воно генерує стільки тепла, що можна було б закип’ятити сотню чашок чаю за день. Проте ми не перегріваємося. Чому? Завдяки шкірі та вмінню пітніти. Група дослідників з Міського університету Гонконгу вирішила «позичити» цю фішку в природи, створивши спеціальну нанокомпозитну мембрану, яка змушує акумулятори «пітніти».
Проблема перегріву літій-іонних батарей відома давно. Коли вони заряджаються або віддають енергію, частина її неминуче перетворюється на тепло. Якщо його не відводити, акумулятор деградує, а в гіршому випадку — стається «тепловий розгін», який часто закінчується пожежею або навіть вибухом.
Тому майже в кожному гаджеті чи електромобілі є система охолодження. Інженери роками вигадували кулери, радіатори, рідинні контури та спеціальні матеріали. Це працює, але часто займає купу місця, додає ваги й потребує додаткової енергії для роботи.
Китайські вчені вирішили піти іншим шляхом — копіювати шкіру ссавців.
«Ми дивилися, як піт підтримує стабільну температуру тіла навіть при серйозних навантаженнях. Це еволюційна суперсила. Ми запитали себе: чи можна перенести цей принцип „піт плюс випаровування“ на акумулятори, причому зробити це просто і технічно витончено?» — розповідає Суй Цзенгуан, один із розробників.
Мембрана обгортає батарею, як друга шкіра. У її складі: хлорид літію (LiCl), оксид графену, активне вуглецеве волокно — все це укладено в пористу тефлонову (PTFE) оболонку на мідному каркасі.
- Звучить складно, але кожен елемент має свою місію:
- Хлорид літію — гігроскопічна сіль, яка активно тягне вологу з повітря.
- Оксид графену працює як мережа для швидкого перенесення тепла по всій поверхні мембрани.
- Вуглецеве волокно створює пористу структуру, щоб площа випаровування була максимальною.
- Мідний каркас рівномірно розподіляє тепло, щоб не було «гарячих точок».
Тефлон не дає розчину витікати, але випускає назовні водяну пару.
Коли батарея гріється, вода поглинає це тепло і випаровується. Як тільки температура падає, мембрана «вдихає» вологу назад із повітря і відновлюється.
Але головна фішка — це пасивна система. Тут немає вентиляторів чи насосів, які жерли б заряд акумулятора. Все працює на фізиці випаровування.
«Ми хотіли зробити щось компактне, дешеве і робоче, що не потребує живлення ззовні», — каже доктор Суй.
Звісно, у системи є нюанси: вона найкраще показує себе там, де навантаження на батарею циклічне. Для пристроїв, що гріються безперервно 24/7, вона підходить менше, бо системі треба трохи часу, щоб «охолонути» і знову набрати вологи.
