Низкие температуры окружающей среды крайне негативно влияют на стабильное функционирование литий-ионных аккумуляторов. При преодолении минусового температурного порога емкость аккумуляторных батарей значительно снижается, а при падении температуры ниже -23 градусов по Цельсию литий-ионные батареи могут полностью перестать работать и вообще выйти из строя.

Чтобы справиться с подобным ограничением, исследовательская группа Пенсильванского университета придумала и внедрила методику автоподогрева литий-ионных источников питания, благодаря чему их теперь можно спокойно использовать в условиях Крайнего Севера и Южного полюса. Такие батареи крайне востребованы в самых различных областях, например, для сверхвысоких беспилотников или для аэрокосмической радиоэлектроники.

Сами же ученые считают, что наилучшее применение их разработка найдет в области построения электромобилей. Как известно, современные модели электрокаров не очень приспособлены к функционированию при минусовых температурах. Владельцы таких машин неоднократно заявляли о том, что в зимний период приходится гораздо чаще заряжать аккумулятор, а если машина долго стоит без движения, то есть риск полной разрядки батареи.

Действительно, сами производители отмечают, что в зимний период аккумулятор заряжается намного дольше, значительно понижается коэффициент возврата энергии при рекуперационном торможении и в среднем на 40% уменьшается длительность пробега электромобиля на одной зарядки. Поэтому создатели электрокаров выискивают различные методы, помогающие снизить влияние низких температур на литий-ионные батареи. Например, Ford для этого использовал систему подогрева антифриза и прокачивал его через ячейки элементов питания, чтобы поднять их температуру. Впрочем, эффективность таких действий оказалась низкой, особенно при значительном падении температуры окружающей среды.

Исследовательская группа из Пенсильвании придумала оригинальное решение для подогрева источников питания. Для этого конструкторы включили в состав аккумуляторной батареи слой никелевой фольги. Встроенный температурный датчик вариативно изменяет значение тока, текущиго через фольгу, и тем самым поддерживает температуру батареи в заданном диапазоне. Благодаря подобному решению удается избежать перемерзания источника питания. Если же необходимости подогревать батарею нет, то термодатчик полностью отключает подогрев и экономит заряд.

При проведении тестов встроенная нагревательная система повысила температуру литий-ионного источника питания с -20 до 0 по Цельсию за 20 секунд, а с -30 до 0 – за полминуты. На разогрев было потрачено примерно 3,8% и 5,5% от общего заряда источника питания. Конечно, такие цифры выглядят не очень экономичными, но по сравнению с 40%  потерей энергоемкости аккумулятора без встроенного подогрева приведенные цифры расхода являются вполне обоснованными и приемлемыми.

Система подогрева сконструирована с использованием недорогих материалов и элементов, что практически не сказывается на конечной стоимости изготовления аккумуляторной батареи. Результирующий вес элемента питания возрастает на 1,5%, что при современных небольших размерах источников питания практически не играет роли. Поэтому в ближайшее время стоит ожидать в продаже новые элементы питания с функцией автоподогрева, которые можно будет гарантированно успешно использовать даже в условиях Крайнего Севера.