p Pesquisadores do WMG da Universidade de Warwick desenvolveram um novo direto, teste preciso das temperaturas internas das baterias de íon de lítio e potenciais de seus eletrodos e descobriu que as baterias podem ser carregadas com segurança até cinco vezes mais rápido do que os limites de carga recomendados atuais. A nova tecnologia funciona no local durante a operação normal de uma bateria sem impedir seu desempenho e foi testada em baterias padrão disponíveis comercialmente. Essa nova tecnologia permitirá avanços na ciência dos materiais da bateria, taxas de carregamento de bateria flexíveis, engenharia térmica e elétrica de novos materiais / tecnologia de bateria e tem o potencial de ajudar no projeto de sistemas de armazenamento de energia para aplicações de alto desempenho, como corridas de automóveis e balanceamento de rede. p Se uma bateria ficar superaquecida, há o risco de danos graves, particularmente ao seu eletrólito, e pode até mesmo levar a situações perigosas em que o eletrólito se decompõe para formar gases que são inflamáveis ​​e causam aumento significativo de pressão. A sobrecarga do ânodo pode levar à eletrodeposição de lítio a ponto de formar dendritos metálicos e, eventualmente, perfurar o separador, causando um curto-circuito interno com o cátodo e subsequente falha catastrófica.

p Para evitar isso, os fabricantes estipulam uma taxa ou intensidade de carga máxima para as baterias com base no que eles acham que são os níveis cruciais de temperatura e potenciais a serem evitados. No entanto, até agora, o teste de temperatura interna (e a obtenção de dados sobre o potencial de cada eletrodo) em uma bateria provou ser impossível ou impraticável sem afetar significativamente o desempenho da bateria.

p Os fabricantes tiveram que confiar em um limite, instrumentação externa. Este método é obviamente incapaz de fornecer leituras precisas, o que levou os fabricantes a atribuir limites muito conservadores na velocidade ou intensidade máxima de carga para garantir que a bateria não seja danificada ou, no pior dos casos, sofra uma falha catastrófica.

p No entanto, os pesquisadores do WMG da University of Warwick têm desenvolvido uma nova gama de métodos que permite, temperatura interna altamente precisa e monitoramento de status "por eletrodo" de baterias de íons de lítio de vários formatos e destinos. Esses métodos podem ser usados ​​durante a operação normal de uma bateria sem impedir seu desempenho e foram testados em baterias automotivas disponíveis comercialmente. Os dados adquiridos por esses métodos são muito mais precisos do que a detecção externa e o WMG foi capaz de verificar que as baterias de lítio comercialmente disponíveis hoje podem ser carregadas pelo menos cinco vezes mais rápido do que as taxas máximas de carga recomendadas atualmente.

p Os pesquisadores do WMG publicaram suas pesquisas este mês (fevereiro de 2018) em Electrochimica Acta em um artigo intitulado "Entendendo os limites do carregamento rápido usando células de íon-lítio de alta energia comercial instrumentadas 18650".

p Dr. Tazdin Amietszajew, o pesquisador do WMG que liderou esta pesquisa, disse, "Isso poderia trazer enormes benefícios para áreas como as corridas de automóveis, que obteriam benefícios óbvios por serem capazes de ultrapassar os limites de desempenho, mas também cria oportunidades massivas para consumidores e fornecedores de armazenamento de energia. O carregamento mais rápido, como sempre, prejudica a vida útil geral da bateria, mas muitos consumidores gostariam de poder carregar a bateria do veículo rapidamente quando são necessários tempos de viagem curtos e, em seguida, alternar para períodos de carga padrão em outros momentos. Ter essa flexibilidade nas estratégias de cobrança pode ajudar os consumidores a se beneficiarem de incentivos financeiros de empresas de energia que buscam equilibrar o abastecimento da rede usando veículos conectados à rede.

p "Esta tecnologia está pronta para ser aplicada agora a baterias comerciais, mas precisaríamos garantir que os sistemas de gerenciamento de bateria em veículos, e que a infraestrutura sendo implementada para veículos elétricos, são capazes de acomodar taxas de cobrança variáveis ​​que incluiriam esses novos perfis / limites ajustados com mais precisão. "

p 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.

p 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."

p "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."