Les chercheurs de WMG à l'Université de Warwick ont ​​développé un nouveau direct, test précis des températures internes des batteries lithium-ion et des potentiels de leurs électrodes et a constaté que les batteries peuvent être chargées en toute sécurité jusqu'à cinq fois plus rapidement que les limites de charge actuellement recommandées. La nouvelle technologie fonctionne in-situ pendant le fonctionnement normal d'une batterie sans entraver ses performances et elle a été testée sur des batteries standard disponibles dans le commerce. Cette nouvelle technologie permettra des avancées dans la science des matériaux de batterie, taux de charge de batterie flexibles, l'ingénierie thermique et électrique de nouveaux matériaux/technologies de batteries et il a le potentiel d'aider à la conception de systèmes de stockage d'énergie pour des applications de haute performance telles que la course automobile et l'équilibrage du réseau.

Si une batterie surchauffe, elle risque d'endommager gravement son électrolyte et peut même conduire à des situations dangereuses où l'électrolyte se décompose pour former des gaz à la fois inflammables et provoquant une accumulation de pression importante. Une surcharge de l'anode peut entraîner une galvanoplastie au lithium telle qu'elle forme des dendrites métalliques et finit par percer le séparateur, provoquant un court-circuit interne avec la cathode et une défaillance catastrophique ultérieure.

Afin d'éviter cela, les fabricants stipulent un taux ou une intensité de charge maximum pour les batteries en fonction de ce qu'ils pensent être la température cruciale et les niveaux potentiels à éviter. Cependant, jusqu'à présent, les tests de température interne (et l'obtention de données sur le potentiel de chaque électrode) dans une batterie se sont avérés impossibles ou peu pratiques sans affecter de manière significative les performances des batteries.

Les fabricants ont dû compter sur un nombre limité, instrumentation externe. Cette méthode est évidemment incapable de fournir des lectures précises, ce qui a conduit les fabricants à attribuer des limites très prudentes à la vitesse ou à l'intensité de charge maximales pour garantir que la batterie n'est pas endommagée ou, dans le pire des cas, qu'elle ne souffre pas d'une défaillance catastrophique.

Cependant, les chercheurs du WMG à l'Université de Warwick ont ​​développé une nouvelle gamme de méthodes qui permet Surveillance très précise de la température interne et de l'état "par électrode" des batteries lithium-ion de divers formats et destinations. Ces méthodes peuvent être utilisées pendant le fonctionnement normal d'une batterie sans nuire à ses performances et elles ont été testées sur des batteries de classe automobile disponibles dans le commerce. Les données acquises par de telles méthodes sont beaucoup plus précises que la détection externe et le WMG a pu s'assurer que les batteries au lithium disponibles dans le commerce disponibles aujourd'hui pourraient être chargées au moins cinq fois plus rapidement que les taux de charge maximum actuellement recommandés.

Les chercheurs du WMG ont publié leurs recherches ce mois-ci (février 2018) dans Electrochimica Acta dans un article intitulé « Comprendre les limites de la charge rapide à l'aide de cellules Li-ion haute énergie 18650 du commerce instrumentées ».

Dr Tazdin Amietszajew, le chercheur WMG qui a dirigé cette recherche, mentionné, "Cela pourrait apporter d'énormes avantages dans des domaines tels que la course automobile, qui gagneraient manifestement à repousser les limites de performance, mais cela crée également d'énormes opportunités pour les consommateurs et les fournisseurs de stockage d'énergie. Une charge plus rapide, comme toujours, se fait au détriment de la durée de vie globale de la batterie, mais de nombreux consommateurs apprécieraient la possibilité de charger une batterie de véhicule rapidement lorsque de courts trajets sont nécessaires, puis de passer à des périodes de charge standard à d'autres moments. Avoir cette flexibilité dans les stratégies de charge pourrait même/plus tard aider les consommateurs à bénéficier d'incitations financières des compagnies d'électricité cherchant à équilibrer l'approvisionnement du réseau en utilisant des véhicules connectés au réseau.

« Cette technologie est prête à être appliquée dès maintenant aux batteries commerciales, mais nous aurions besoin de nous assurer que les systèmes de gestion des batteries sur les véhicules, et que l'infrastructure étant mise en place pour les véhicules électriques, sont capables de s'adapter à des taux de charge variables qui incluraient ces nouveaux profils/limites plus précisément réglés. »

The technology the WMG researchers have developed for this new direct in-situ battery sensing employs miniature reference electrodes and Fibre Bragg Gratings (FBG) threaded through bespoke strain protection layer. An outer skin of fluorinated ethylene propylene (FEP) was applied over the fibre, adding chemical protection from the corrosive electrolyte. The result is a device that can have direct contact with all the key parts of the battery and withstand electrical, chemical and mechanical stress inflicted during the batteries operation while still enabling precise temperature and potential readings.

WMG Associate Professor Dr. Rohit Bhagat who was also one researchers on the paper said, "This method gave us a novel instrumentation design for use on commercial 18650 cells that minimises the adverse and previously unavoidable alterations to the cell geometry. The device included an in-situ reference electrode coupled with an optical fibre temperature sensor. We are confident that similar techniques can also be developed for use in pouch cells."

"Our research group in WMG has been working on a number of technological solutions to this problem and this is just the first that we have brought to publication. We hope to publish our work on other innovative approaches to this challenge within the next year."