Les Californiens n'achètent pas de véhicules électriques parce qu'ils sont cool, ils achètent des véhicules électriques parce qu'ils vivent dans un climat chaud. Les batteries lithium-ion conventionnelles ne peuvent pas être chargées rapidement à des températures inférieures à 50 degrés Fahrenheit, mais maintenant, une équipe d'ingénieurs de Penn State a créé une batterie qui peut s'auto-chauffer, permettant une charge rapide quel que soit le froid extérieur.

« Les véhicules électriques sont populaires sur la côte ouest parce que le temps est propice, " dit Xiao-Guang Yang, enseignant-chercheur adjoint en génie mécanique, État de Penn. « Une fois que vous les déplacez vers la côte est ou au Canada, alors il y a un énorme problème. Nous avons démontré que les batteries peuvent être chargées rapidement indépendamment de la température extérieure."

Quand les propriétaires peuvent recharger les batteries de leur voiture en 15 minutes sur une borne de recharge, le ravitaillement des véhicules électriques devient presque équivalent au ravitaillement en essence dans le temps qu'il faut. En supposant que les bornes de recharge soient placées généreusement, les conducteurs peuvent perdre leur « anxiété de portée » et parcourir de longues distances sans soucis.

Précédemment, les chercheurs ont développé une batterie qui pourrait s'auto-chauffer pour éviter la consommation d'énergie en dessous du point de congélation. Maintenant, le même principe est appliqué aux batteries pour permettre une charge rapide de 15 minutes à toutes températures, même aussi bas que moins 45 degrés F.

La batterie auto-chauffante utilise une fine feuille de nickel avec une extrémité attachée à la borne négative et l'autre s'étendant à l'extérieur de la cellule pour créer une troisième borne. Un capteur de température attaché à un interrupteur fait circuler des électrons à travers la feuille de nickel pour terminer le circuit lorsque la température est inférieure à la température ambiante. Cela chauffe rapidement la feuille de nickel par chauffage par résistance et réchauffe l'intérieur de la batterie. Une fois que la température interne de la batterie est supérieure à la température ambiante, l'interrupteur s'ouvre et le courant électrique circule dans la batterie pour la charger rapidement. "Une caractéristique unique de notre cellule est qu'elle fera le chauffage puis passera à la charge automatiquement, " dit Chao-Yang Wang, Guillaume E.

Chaire Diefenderfer de génie mécanique, professeur de génie chimique et professeur de science et génie des matériaux, et directeur du Centre des moteurs électrochimiques. "Aussi, les stations déjà disponibles n'ont pas besoin d'être modifiées. Le contrôle du chauffage et de la charge est dans la batterie, pas les chargeurs."

Les chercheurs rapportent les résultats de leurs tests de prototypes dans l'édition de cette semaine du Actes de l'Académie nationale des sciences . Ils ont découvert que leur batterie auto-chauffante pouvait supporter 4, 500 cycles de charge de 15 minutes à 32 degrés F avec une perte de capacité de seulement 20 %. Cela donne environ 280, 000 miles de conduite et une durée de vie de 12,5 ans, plus longtemps que la plupart des garanties.

Une batterie conventionnelle testée dans les mêmes conditions a perdu 20 % de sa capacité en 50 cycles de charge.

Les batteries lithium-ion se dégradent lorsqu'elles sont chargées rapidement à moins de 50 degrés F parce que, plutôt que les ions lithium s'intégrant en douceur avec les anodes de carbone, le lithium se dépose en pointes sur la surface de l'anode. Ce placage au lithium réduit la capacité des cellules, mais peut également provoquer des pointes électriques et des conditions de batterie dangereuses. Actuellement, longue, une charge lente est le seul moyen d'éviter le placage au lithium sous 50 degrés F.

Batteries chauffées au-dessus du seuil de placage au lithium, que ce soit par température ambiante ou par chauffage interne, ne présentera pas de placage au lithium et ne perdra pas de capacité.

"Cette méthode de charge rapide omniprésente permettra également aux fabricants d'utiliser des batteries plus petites, plus légères et aussi plus sûres dans un véhicule, " dit Wang.