Nok en gang "Ny batteriteknologi", men...

[Amoss]

Ja, som tittelen sier så er det nok en gang en artikkel om "Ny batteriteknologi". Men denne gangen er det ikke så store endringen som skal til ut i fra hvordan jeg forstår artikkelen, så ikke så utenkelig at denne raskt finner veien til produserte elbiler.

Her er det altså hverken mer rekkevidde eller flere hestekrefter som loves, eller lavere pris.

https://cleantechnica.com/2019/11/01/penn-state-researchers-say-a-ten-minute-recharge-is-possible-with-new-battery-technology/

Researchers at Penn State claim they have found a way to recharge an EV in 10 minutes and are targeting 5-minute recharging times in the near future."We demonstrated that we can charge an electrical vehicle in ten minutes for a 200 to 300 mile range," says Chao-Yang Wang. "And we can do this maintaining 2,500 charging cycles, or the equivalent of half a million miles of travel." Wang is chairman of the mechanical engineering department as well as a professor of chemical engineering and materials science. He is also director of the Electrochemical Engine Center at Penn State.

The problem, Wang found in his research, is that lithium-ion batteries degrade when charged rapidly at ambient temperatures under 50 degrees Fahrenheit because the lithium deposits in spikes on the anode surface. Such lithium plating reduces cell capacity and can cause electrical spikes and unsafe battery conditions. The trick? Heat up cold batteries to a level higher than the lithium plating threshold.

Wang and his team realized that if they heat batteries to 140 degrees F | 60° C for only 10 minutes and then rapidly cool them back down to ambient temperature, lithium spikes will not form and heat degradation of the battery will not occur. Their results of the research can be found in the October 30, 2019 issue of the scientific journal Joule. "The 10 minute trend is for the future and is essential for adoption of electric vehicles because it solves the range anxiety problem," says Wang.

The trick is to heat the battery rapidly and then cool it back down quickly. (Tesla and some other companies already pre-condition batteries for charging by heating them but do not get them as hot as the Penn State team did.) The researchers say their self-heating battery uses a thin nickel foil with one end attached to the negative terminal and the other extending outside the cell to create a third terminal. A temperature sensor attached to a switch causes electrons to flow through the nickel foil to complete the circuit. This rapidly heats up the nickel foil through resistance heating and warms the inside of the battery according to a Penn State blog post. They say the car's own battery cooling system would take care of the cooling phase (which leaves Nissan out of the picture).

[Burger]

Noen bedre i matte og fysikk enn meg som kan si hvor mye kraft man må tilføre for å varme opp ett par hundre kg batteri fra 20 grader til 60 grader på kort tid, la oss si 1 minutt, for så å kjøle det ned igjen til 20 grader etterpå.

Skal ikke forundre meg om at dersom bila skal ta seg av oppvarming og nedkjøling så raskt, så er det både billigere og enklere å bruke hydrogen.

[Amoss]

Noen bedre i matte og fysikk enn meg som kan si hvor mye kraft man må tilføre for å varme opp ett par hundre kg batteri fra 20 grader til 60 grader på kort tid, la oss si 1 minutt, for så å kjøle det ned igjen til 20 grader etterpå.

Skal ikke forundre meg om at dersom bila skal ta seg av oppvarming og nedkjøling så raskt, så er det både billigere og enklere å bruke hydrogen.

Du har noen valide argumenter her ja, men det står ingen ting om at det skal skje på 1 minutt. Tesla har allerede ett system der de varmer opp batteriet når du navigerer til en SuperCharger. Men ja, dog ikke helt til 60 grader. Burde ikke være noe problem også for andre produsenter og igangsette varming ved navigasjon til en hurtiglader. Jeg antar også at den metoden som er nevnt i artikkelen for å varme opp batteriet er mer energiøkonomisk enn Tesla's (eller for den sak skyld andre produsenters) nåværende system.

Så selve systemet tror jeg nok blir enkelt nok, også å bruke. Men kan som du er inne på kanskje bli litt for "dyrt" energimessig? Men på den annen side så vil en normal elbil ikke navigere SÅ ofte til en hurtiglader, da de normalt blir ladet på "saktelading" hjemme. Kanskje denne energi"sløsingen" kan forsvares i det minste de gangene man mener man virkelig trenger så kjapp lading?

[Burger]

I artikkelen stod det ingenting om hvor hurtig oppvarming og nedkjøling skulle foregå.

Det jeg tar utgangspunkt i er at man ikke sakte varmer opp batteriet til 60 grader mens man bruker det for så å sakte kjøle det ned etter lading. Det er oppskrift på å ødelegge dagens lithium batterier slik jeg kjenner de.

Skal det være noen gevinst i å lade opp på 10 minutter, så er det allerede mye bortkasta tid på 2 minutter oppvarming og nedkjøling.

[Amoss]

I artikkelen stod det ingenting om hvor hurtig oppvarming og nedkjøling skulle foregå.

Det jeg tar utgangspunkt i er at man ikke sakte varmer opp batteriet til 60 grader mens man bruker det for så å sakte kjøle det ned etter lading. Det er oppskrift på å ødelegge dagens lithium batterier slik jeg kjenner de.

Korrekt begge to. Merk at det sto *ingenting* om hvor hurtig oppvarmingen skulle skje utover at den skulle skje "hurtig". Jeg vil mene at man fortsatt kan snakke om "hurtig" oppvarming selv om den bruker mer enn 1 minutt, og at det - ved å bruke mer enn ett minutt - heller ikke behøver å være snakk om noen "sakte" oppvarming. Finnes godt med rom for noen mellomting her. For kjøling sto det at det måtte bilens normale kjølesystem for "hurtig" avkjøling. Det vil jeg definitivt tro at vil bruke godt over 1 minutt på oppgaven, og det er da altså tydeligvis hurtig nok til å defineres her som "hurtig".

Skal det være noen gevinst i å lade opp på 10 minutter, så er det allerede mye bortkasta tid på 2 minutter oppvarming og nedkjøling.

Om jeg ikke har oppfattet feil så er det ikke noe i veien for å bruke dette hurtig-varme-systemet mens bilen/batteriet er i bruk, så om det opptrer som jeg foreslo i TP så vil den starte oppvarming av batteriet kanskje 5-10 minutter før den ifølge navigasjonen skal ankomme en hurtiglader. Og dermed vil den ikke hverken "sakte varmer opp batteriet til 60 grader mens man bruker det" eller bruke "2 minutter oppvarming og nedkjøling" mens man står stille og er tilkoblet hurtiglader. Men som kjent, hvordan dette vil bli implementert i praksis vet vi ingen ting om utover hva som står i artikkelen.

Men ja, dersom det er dette du nevner her som blir fasiten så går det nok bort en del av fordelen med denne hurtige ladingen. Men om det hjelper batteriet med å holde seg bedre og gi mindre degradering/lengre levetid/mindre fare for brann så kan det kanskje være verd det uansett? Og selv med oppvarming/nedkjøling mens man er plugget inn vil det fortsatt være snakk en *hurtig* lading i forhold til de laderne som er i drift i dag.

[eivhelle]

Noen bedre i matte og fysikk enn meg som kan si hvor mye kraft man må tilføre for å varme opp ett par hundre kg batteri fra 20 grader til 60 grader på kort tid, la oss si 1 minutt, for så å kjøle det ned igjen til 20 grader etterpå.

Skal ikke forundre meg om at dersom bila skal ta seg av oppvarming og nedkjøling så raskt, så er det både billigere og enklere å bruke hydrogen.

Det avhenger i stor grad av varmekapasiteten til batteriet, men om vi antar rundt 0.7J/gK som er det jeg tror kan være et fornuftig estimat for Li-Ione batterier, får vi følgende regnestykke.

200000g x 0,7J/gK x 40 K = 5,6 millioner Joule. Dette tilsvarer igjen 1555 Wh som betyr at man må tilføre 93KW i et minutt.

[Ketill Jacobsen]

Noen bedre i matte og fysikk enn meg som kan si hvor mye kraft man må tilføre for å varme opp ett par hundre kg batteri fra 20 grader til 60 grader på kort tid, la oss si 1 minutt, for så å kjøle det ned igjen til 20 grader etterpå.

Skal ikke forundre meg om at dersom bila skal ta seg av oppvarming og nedkjøling så raskt, så er det både billigere og enklere å bruke hydrogen.

Hvis det var 200 kg vann som skulle varmes opp, så ville det kreve ca 9,3 kWh. Over et minutt måtte en altså trykke på med ca 450 kW, eller eventuelt 90 kW over fem minutter. Tilsvarende energibruk ved nedkjøling. Et 200 kg batteri kan i beste fall lagre 50 kWh. Enten må en ta av batteriets kapasitet til oppvarming og kjøling (36%) eller forvente ekstrem kapasitet fra lader (450 kW) til initsiell oppvarming.

Synes allikevel dette er et interessant spor som kan medføre at vi klarer oss med halvparten så store batterier (mye raskere lading).

[eivhelle]

Noen bedre i matte og fysikk enn meg som kan si hvor mye kraft man må tilføre for å varme opp ett par hundre kg batteri fra 20 grader til 60 grader på kort tid, la oss si 1 minutt, for så å kjøle det ned igjen til 20 grader etterpå.

Skal ikke forundre meg om at dersom bila skal ta seg av oppvarming og nedkjøling så raskt, så er det både billigere og enklere å bruke hydrogen.

Hvis det var 200 kg vann som skulle varmes opp, så ville det kreve ca 9,3 kWh. Over et minutt måtte en altså trykke på med ca 450 kW, eller eventuelt 90 kW over fem minutter. Tilsvarende energibruk ved nedkjøling. Et 200 kg batteri kan i beste fall lagre 50 kWh. Enten må en ta av batteriets kapasitet til oppvarming og kjøling (36%) eller forvente ekstrem kapasitet fra lader (450 kW) til initsiell oppvarming.

Synes allikevel dette er et interessant spor som kan medføre at vi klarer oss med halvparten så store batterier (mye raskere lading).

Tror ikke vann er en relevant sammenligning. Vann har veldig høy varmekapasitet (4.19), mens kobber(0.39), grafitt(0.71) og andre vanlige bestanddeler i batteriet ligger betydelig lavere.

Dessuten trenger du heller ikke å tilføre samme mengde energi for å kjøle ned batteriet. Så energiregnskapet trenger ikke å bli så ille.

[Ketill Jacobsen]

Noen bedre i matte og fysikk enn meg som kan si hvor mye kraft man må tilføre for å varme opp ett par hundre kg batteri fra 20 grader til 60 grader på kort tid, la oss si 1 minutt, for så å kjøle det ned igjen til 20 grader etterpå.

Skal ikke forundre meg om at dersom bila skal ta seg av oppvarming og nedkjøling så raskt, så er det både billigere og enklere å bruke hydrogen.

Hvis det var 200 kg vann som skulle varmes opp, så ville det kreve ca 9,3 kWh. Over et minutt måtte en altså trykke på med ca 450 kW, eller eventuelt 90 kW over fem minutter. Tilsvarende energibruk ved nedkjøling. Et 200 kg batteri kan i beste fall lagre 50 kWh. Enten må en ta av batteriets kapasitet til oppvarming og kjøling (36%) eller forvente ekstrem kapasitet fra lader (450 kW) til initsiell oppvarming.

Synes allikevel dette er et interessant spor som kan medføre at vi klarer oss med halvparten så store batterier (mye raskere lading).

Tror ikke vann er en relevant sammenligning. Vann har veldig høy varmekapasitet (4.19), mens kobber(0.39), grafitt(0.71) og andre vanlige bestanddeler i batteriet ligger betydelig lavere.

Dessuten trenger du heller ikke å tilføre samme mengde energi for å kjøle ned batteriet. Så energiregnskapet trenger ikke å bli så ille.

Det høres veldig bra ut at batteribestanddelene krever langt mindre energi per kg og grad enn vann å varmes opp!

Dersom batteriet har vannavkjøling fra før, så kunne kanskje kokende hett vann gå fra laderen inn i batteriet før lading og kaldt vann etterpå?

Omvendt er da vann langt bedre varmelager per kg og grad enn metaller!

[jlan]

Dersom batteriet har vannavkjøling fra før, så kunne kanskje kokende hett vann gå fra laderen inn i batteriet før lading og kaldt vann etterpå?

God idé, og nå som du har publisert den kan den ikke så lett blokkeres av patenter! (hvis det ikke finnes noen allerede da). En varmepumpe i ladestasjonen kan ganske effektivt opprettholde temperaturene i et varmt og et kaldt reservoar. En energibrønn eller nærliggende vann/sjø kan også gi god tilgang på kaldt vann, så en kan ta bort ineffektiv og støyende viftekjøling.

[Burger]

Takk for fysikk og matte Ketill Jacobsen og eivhelle :-)

Jeg får ikke dette til å virke fornuftig siden vi i dag kan lade opp til 80% på en halvtime dersom laderen er kraftig nok. Økonomisk tror jeg det er bedre å bruke pengene på større batteri.

Uansett hvordan jeg vrir og vender på det, så virker det som en løsning på jakt etter ett problem. Å lade en halvtime med en bil som går 400km+ er ikke et problem for de fleste elbileiere jeg snakker med så fremt det er nok ladepunkt og naturlig å stoppe der laderen er. (mat, underholdning, shopping etc). Det er nok enklere å jekke på kravene fra å kjøre i ett strekk hele dagen til å ta en 30 min lade- og hvilepause hver fjerde time.

Bedre om EU krevde mulighet til minimum 11kw lading og tidspunkt til 22kw lading på alle elbiler solgt i EU og brukt pengene på å teppebombe parkeringsplasser med 22kw ladere med lastbalansering så vi hadde løst det som er ett reelt problem, daglig lading for de uten egen parkeringsplass de kan lade på.

[Amoss]

Uansett hvordan jeg vrir og vender på det, så virker det som en løsning på jakt etter ett problem. Å lade en halvtime med en bil som går 400km+ er ikke et problem for de fleste elbileiere jeg snakker med så fremt det er nok ladepunkt og naturlig å stoppe der laderen er. (mat, underholdning, shopping etc). Det er nok enklere å jekke på kravene fra å kjøre i ett strekk hele dagen til å ta en 30 min lade- og hvilepause hver fjerde time.

Vel, er ikke enig i at dette er "en løsning på jakt etter ett problem" som du sier. Problemet som den hevder å løse er to delt. For det første problemet bør du ikke spørre elbil-eiere, men tvert i mot, de som fortsatt ikke har eller seriøst vurdert elbil. Svært mange av disse vil fremheve ladetid som ett argument for å fortsatt kjøre fossilt (eller for den sak skyld hydrogen, evnt. "venter på hydrogen-fyllenettverket så jeg kan kjøpe en hydrogenbil i stedet."). For de som har tenkt lengre, og innser at det er normalt er NULL lade-/fylle-stopp i hverdagen, og at når man er på så lang tur at hurtigladning er nødvendig, så har man også innsett det som du sier om vi strengt talt trenger en pause når det er aktuelt med lading.

Det andre problemet dette skal løse ser jeg på som enda viktigere: Mindre utvikling av "lithium spikes" med den følge (om jeg har oppfattet rett) at batteriet får mindre degradering ved bruk av hurtiglading, og derfor formodentlig vis varer lengre og blir enda mindre utsatt for brannfare ala dette som nå tydeligvis er årsaken til at en rekke eiere av Model S 85 opplever en SW redusert ladehastighet ved hurtiglading, og/eller en SW begrenset rekkevidde. Alternativet blir som vi ser å begrense ladehastigheten så mye at det ikke lengre er snakk om "en halvtimes pause" som vi jo er enige om at kan komme godt med.

Det siste avsnittet ditt er jeg for såvidt enig i, men det kommer altså i tillegg til, ikke isteden for en slik løsning som er skissert i artikkelen.

Hvorvidt er er energi-/tid-effektivt nok til å kunne bruke i praksis, eller om det finnes andre bedre løsninger (slik som skissert av andre over her) som kan løse disse problemene på en bedre og/eller mer effektiv måte overlater jeg til de som kan regne på dette å diskutere

[Burger]

Tror man må dele inn de som er redd for å bruke tid på lading i to.

1 - Endringsmotvillig. Finner all informasjon som støtter sitt syn som sant. FB og dokument.no er troverdige kilder så lenge man er enig. En artikkel som man er enig i men ikke gjennomgår en faktasjekk er mye mer verdt enn 20 balanserte og riktige artikler. Målet vil ofte endres. "500km mellom lading før det blir aktuelt!  Kan jeg få det? 1000km uten lading. Det kommer? 1000km uten lading og 1 minutt lading på hytta. Samt til pris under 200k og 4wd og hengerkrok."

2 - Tror lading blir ett problem, men er villig til å høre/diskutere.

Nummer en kan man utsette å gjøre noe med og nummer to finner ut av det selv siden flere og flere rundt lunsjbordet/nabolaget/familie har erfaring og  gir (forhåpentligvis) gode og nøkterne råd og forteller hvordan deres behov løses i det praktiske.

All teknologi som ikke er på markedet som "kommer" gir gruppe 1 argument for å utsette endring. "Faststoffbatteri fra Toyota i 2022, så kan jeg vurdere det", "Det kommer batteri som lader på 10 minutter"

Så er det enkelte bileiere som har ett bilbruk som tilsier at all bytte ikke er økonomisk fornuftig uansett insentiver. En bil som blir kjørt annenhver helg opp på fjellet, men brukes ikke i det daglige. Da får man bare vente på at biler som kan brukes finnes på bruktmarkedet.

Dersom man kan skåne batteriet ved denne måten å lade på, så tror jeg det er bedre å sette i større batteri og ha større buffer i topp og bunn. I følge sw på mobilen min så får jeg 0.16 sykluser ladeslitasje ved å lade opp til 80% i forhold til 0.97 til 100% (Samsung S10 og AccuBattery).

[Amoss]

Tror man må dele inn de som er redd for å bruke tid på lading i to.

Mye riktig du skriver her ja. Men dersom denne teknologien som vi diskuterer her blir tatt i bruk, og ladere blir satt opp som støtter dette, så har gruppe 1 ett mindre argument, og gruppe 2 kan (enda) lettere overbevises. Og ellers tror jeg ikke det er så vanntette skrog mellom disse to gruppene som det fremsettes som her. Tror nok også det er en god del endringsmotvillige som - om kanskje litt motvillig i starten - kan være villige til å høre/diskutere, og etterhvert som argumentene mot faller i fra kan la seg overbevise. Selv om du har helt rett i at for enkelte vil det nok være så å si umulig å komme igjennom motviljen.

For den teoretiske hyttebrukeren du nevnte så anser jeg det egentlig ikke så viktig å få vedkommende til å bytte. Lite bruk i byer/tettbygde strøk. Relativt lite bruk totalt. Vedkommende må da så gjerne beholde det gamle diesel-/bensin-droget sitt så lenge hen finner det fornuftig/økonomisk å holde den i gang. Før eller siden må den byttes ut, og da er det forhåpentligvis en elbil som ender opp som det mest fornuftige/økonomiske valget - enten det er nytt eller brukt.

Dersom man kan skåne batteriet ved denne måten å lade på, så tror jeg det er bedre å sette i større batteri og ha større buffer i topp og bunn. I følge sw på mobilen min så får jeg 0.16 sykluser ladeslitasje ved å lade opp til 80% i forhold til 0.97 til 100% (Samsung S10 og AccuBattery).

Dette kan du sikkert ha rett i, men enn så lenge er batterier fortsatt kostnads-drivene for elbilene, og større batterier gir da høyere pris, som igjen gjør det vanskeligere for mange å forsvare overgangen. Spesielt ett større batteri - til en høyere pris - som ikke også bidrar til å øke rekkevidden. Slik jeg har forstått det burde ikke denne teknologien som nevnt i artikkelen drive batteriprisene så mye opp, men kan jo så klart drive opp strømforbruket - spesielt på vinterstid. Men så klart, jeg kan ta feil, og det kan være at strømforbruket blir så høyt at vinningen går opp i spinningen. Time will show

[Ketill Jacobsen]

Takk for fysikk og matte Ketill Jacobsen og eivhelle :-)

Jeg får ikke dette til å virke fornuftig siden vi i dag kan lade opp til 80% på en halvtime dersom laderen er kraftig nok. Økonomisk tror jeg det er bedre å bruke pengene på større batteri.

Uansett hvordan jeg vrir og vender på det, så virker det som en løsning på jakt etter ett problem. Å lade en halvtime med en bil som går 400km+ er ikke et problem for de fleste elbileiere jeg snakker med så fremt det er nok ladepunkt og naturlig å stoppe der laderen er. (mat, underholdning, shopping etc). Det er nok enklere å jekke på kravene fra å kjøre i ett strekk hele dagen til å ta en 30 min lade- og hvilepause hver fjerde time.

Bedre om EU krevde mulighet til minimum 11kw lading og tidspunkt til 22kw lading på alle elbiler solgt i EU og brukt pengene på å teppebombe parkeringsplasser med 22kw ladere med lastbalansering så vi hadde løst det som er ett reelt problem, daglig lading for de uten egen parkeringsplass de kan lade på.

Takk for hyggelig hilsen!

Slik jeg ser det er denne muligheten til rask lading revolusjonerende.

Dersom jeg i påsken var sikker på å kunne fullade min elbil i løpet av 10 minutter på hvilken som helst "bensinstasjon" så ville jeg kunne nøye meg med et batteri på 50 kWh. Slik lading ville jeg ha behov for kun få ganger i året om jeg gikk over til elbil.

Altså denne teknologien gjør det mulig at de fleste kan velge en bil med 50 kWh batteri i stedet for 100 kWh, hvilket 1) vil redusere prisen på elbilen betraktelig og 2) halvere verdens behov for batterikapasitet. Verdens muligheter til å produsere nok batterier (nok metaller av forskjellig slag) er det største problemet om markedet for elbiler eksploderer. 3) "Bensinstasjonene" kan ta seg betalt per kWh når all lading tar maksimalt 10 minutter. 4) Ekstra vekt til batteri ville bli halvert.

Dersom kaldt vann sprøytes inn i batterie (for avkjøling) etter lading, vil dette vannet varmes opp og være klar for neste lading (med hett vann). Om batteriet i bilen er bra isolert vil det knapt være energitap ved kombinasjonen av hurtig oppvarming og nedkjøling ved lading (litt som regenerering). Så håper at forskerne her har rett og at deres ideer kan realiseres!