p Novas pesquisas de engenheiros de Berkeley podem em breve tornar mais prático o uso de veículos e dispositivos movidos a bateria em temperaturas extremas, como em invernos gelados em Minnesota ou verões sufocantes no Vale da Morte. Essas condições representam faixas de temperatura que estão fora da janela estreita - normalmente de 20 a 40 graus Celsius - necessária para o desempenho ideal e seguro de uma bateria de íon de lítio. p "A faixa de temperatura ideal para baterias de íon-lítio pode não ser um problema sério no clima ameno da área da Baía de São Francisco, mas no meio do inverno em Nova York ou Lake Tahoe, não é incomum que os smartphones desliguem automaticamente porque está muito frio, "disse Chris Dames, um professor de engenharia mecânica da UC Berkeley e chefe da equipe de pesquisa que desenvolveu um novo regulador térmico - descrito em um estudo na revista Nature Energy —Isso poderia resolver o problema.

p Os pesquisadores explicaram que a energia utilizável de uma bateria cai drasticamente em temperaturas frias. A menos 20 graus Celsius, uma célula de bateria de íon de lítio comercial típica pode fornecer apenas 20% de sua capacidade em temperatura ambiente.

p As altas temperaturas também podem criar problemas para as baterias, que geram seu próprio calor residual quando em uso. A vida útil da bateria normalmente cai pela metade para cada 13 graus Celsius de temperatura excessiva.

p "O que é pior é que o superaquecimento pode levar a 'descontrole térmico, 'um modo de falha que pode levar a disparos de bateria em carros elétricos, bem como em certos telefones celulares e eletrônicos dos quais ouvimos falar nas notícias, "disse o autor principal do estudo, Menglong Hao, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Dames.

p Gerenciar necessidades conflitantes de temperatura tem sido um desafio para embalagens térmicas. Os métodos atuais que mantêm as baterias em suas temperaturas preferidas consomem energia e são muito caros ou volumosos para serem incluídos em muitas aplicações portáteis. Em contraste, o novo regulador térmico desenvolvido pelos engenheiros da UC Berkeley mantém as baterias em temperaturas estáveis ​​por meio de um sistema passivo que não consome energia extra.

p "Energia de custo de aquecimento e resfriamento ativo, energia que você não quer gastar para manter a bateria confortável quando você poderia usá-la para dirigir mais 50 milhas, "disse Dames.

p O sistema passivo usa uma liga com memória de forma, uma classe de material que é caracteristicamente macio e flexível a baixas temperaturas, mas endurece de volta à sua forma original em temperaturas mais altas. Esses materiais estão disponíveis comercialmente e são usados ​​rotineiramente em implantes médicos.

p A temperatura exata da transição de macio para duro depende da mistura dos metais. Nesse caso, os pesquisadores escolheram fios de liga de níquel e titânio que fizeram a transição a 35 graus Celsius. Abaixo desse limite, os fios amoleceram, mas acima de 35 graus Celsius, os fios enrijeceram e se contraíram.

p Os pesquisadores conectaram os fios a uma bateria de íon de lítio de forma que a posição "ligada" ficasse nas temperaturas mais altas, com os fios reforçados puxando as baterias firmemente em contato com um dissipador de calor projetado para resfriar as baterias. Em temperaturas abaixo de 35 graus Celsius, os fios amolecidos estavam na posição "desligada", permitindo que a bateria se afaste do dissipador de calor com a ajuda de molas comprimidas. O espaço de ar resultante forneceu isolamento que ajudou a manter as baterias aquecidas, diminuindo a dissipação de seu próprio calor residual.

p Os pesquisadores testaram o regulador térmico em condições de vácuo e do mundo real para confirmar que seu sistema poderia se mover facilmente entre os estados quente e frio.

p A uma temperatura ambiente fria de menos 20 graus Celsius, eles demonstraram que seu regulador térmico pode aumentar a temperatura da bateria para 20 graus Celsius apenas retendo o calor gerado pela bateria. Ao mesmo tempo, a uma temperatura ambiente quente de 45 graus Celsius, o regulador térmico evitou o superaquecimento das baterias, limitando o aumento da temperatura em cerca de 6 graus por meio da dissipação de calor constante.

p "Tudo isso foi realizado passivamente, sem quaisquer sensores, consumo lógico ou de energia elétrica, "disse Hao." Outro benefício é que os fios de liga com memória de forma são baratos, executando apenas 1 por cento do custo total da bateria, portanto, este é um sistema de baixo custo. "

p Em um comentário publicado em Nature Energy , Os professores da Carnegie Mellon University Jonathan Malen e Venkat Viswanathan disseram que o interruptor térmico desenvolvido na UC Berkeley poderia melhorar outras tecnologias além das baterias que são sensíveis a temperaturas flutuantes. Isso inclui células de combustível, sensores e lasers.

p Os pesquisadores da UC Berkeley disseram que seu sistema regulador térmico pode ter implicações importantes para uma adoção mais ampla de tecnologias renováveis. As baterias de íon de lítio alimentam uma série de produtos de consumo, desde carros elétricos e drones a laptops e smartphones. As baterias também desempenham um papel fundamental na estabilização da rede elétrica contra a flutuação da geração solar e eólica, alimentando unidades de armazenamento de energia renovável.

p Os autores do estudo observaram que das 51 áreas metropolitanas dos Estados Unidos com populações acima de 1 milhão, 20 normalmente experimentam temperaturas que caem abaixo de zero graus Fahrenheit, e 11 áreas têm temperaturas de verão que costumam subir acima de 100 graus Fahrenheit.

p "Ao inventar um novo tipo de regulador térmico, chegamos a um único projeto que pode funcionar tanto para o Lago Tahoe em janeiro quanto para o Vale da Morte em agosto, "disse Dames.