Une batterie lithium-ion sûre, a une puissance élevée et peut durer 1 million de miles a été développé par une équipe du centre de technologie de stockage de batterie et d'énergie (BEST) de Penn State.

Les batteries de véhicules électriques nécessitent généralement un compromis entre la sécurité et la densité énergétique. Si la batterie a une haute densité d'énergie et de puissance, qui est nécessaire pour la conduite en montée ou la fusion sur l'autoroute, alors il y a une chance que la batterie puisse prendre feu ou exploser dans de mauvaises conditions. Mais les matériaux qui ont une faible densité d'énergie/puissance, et donc une sécurité élevée, ont tendance à avoir des performances médiocres. Il n'y a pas de matériau qui satisfasse les deux. Pour cette raison, les ingénieurs de batteries privilégient la performance à la sécurité.

"Dans ce travail, nous avons décidé que nous allions adopter une approche totalement différente, " dit Chao-Yang Wang, professeur de mécanique, science et génie chimique et des matériaux, et William E. Diefenderfer Chaire en génie mécanique, État de Penn. "Nous avons divisé notre stratégie en deux étapes. Premièrement, nous voulions construire une batterie très stable avec des matériaux très stables."

Leur deuxième étape consistait à introduire le chauffage instantané. Il y a environ quatre ans, Wang a développé une batterie auto-chauffante pour surmonter le problème des mauvaises performances dans les climats froids. La batterie utilise un courant électrique pour chauffer en quelques secondes par rapport aux heures nécessaires à un chauffage externe. En chauffant la batterie de la température ambiante à environ 140 degrés Fahrenheit—60 degrés Celsius—la batterie obtient une augmentation instantanée de la réactivité car la loi de la cinétique est que la réactivité augmente de façon exponentielle avec la température.

"Avec ces deux étapes, je peux obtenir une sécurité élevée lorsque la batterie n'est pas utilisée et une puissance élevée lorsqu'elle l'est, " il a dit.

La batterie auto-chauffante, appelé la batterie All Climate, a été adopté par plusieurs constructeurs automobiles, dont BMW, et a été choisi pour motoriser une flotte de 10, 000 véhicules qui seront utilisés pour transporter les personnes entre les sites des prochains Jeux olympiques d'hiver à Pékin.

Le BEST Center teste la sécurité de la batterie à l'aide d'un équipement de pénétration des clous. Ils enfoncent le clou dans la cellule provoquant un court-circuit. Ils surveillent ensuite la cellule pour la température et la tension. La différence de température pour la cellule passivée était de 212 degrés F à 100 degrés C par rapport à une cellule de batterie standard qui était de 1, 832 degrés F—1000 degrés C, une énorme amélioration.

Parce que leurs batteries sont construites avec des matériaux stables, ils ont un cycle de vie long. Même à 140 degrés F, leur nombre de cycle est supérieur à 4000, ce qui se traduit par plus d'un million de miles.

Le prochain projet de l'équipe sera de développer une batterie à l'état solide, qui nécessitera probablement un chauffage également.

Le travail en cours apparaît dans le journal Avancées scientifiques et s'intitule "Une nouvelle approche de la sécurité et des hautes performances des batteries lithium-ion". Les coauteurs de Wang sont les professeurs assistants de recherche Shanhai Ge, Yongjun Leng et Xiao-Guang Yang, et les doctorants Teng Liu, Ryan Longchamps, Yue Gao et Daiwei Wang. Donghai Wang, professeur de génie mécanique et chimique, État de Penn, également participé à ce travail.