Os cientistas desenvolveram uma bateria de íon de lítio que carrega a uma temperatura elevada para aumentar a taxa de reação, mas mantém a célula resfriada durante a descarga, mostrando o potencial para adicionar 200 milhas de autonomia a um carro elétrico em 10 minutos. Se dimensionado, o projeto é uma estratégia potencial para aliviar as preocupações de que os veículos totalmente elétricos não têm alcance de cruzeiro suficiente para chegar com segurança a um destino sem parar no meio da viagem. Pesquisadores da Universidade Estadual da Pensilvânia apresentam o trabalho em 30 de outubro na revista Joule .

Os cientistas reconheceram a necessidade de projetar baterias de veículos elétricos capazes de carregar extremamente rápido para atender às necessidades dos motoristas. Contudo, uma taxa de carga tão rápida exigiria uma bateria para absorver rapidamente 400 quilowatts de energia, um feito que os veículos atuais não podem realizar porque corre o risco de revestimento de lítio (a formação de lítio metálico em torno do ânodo), o que deterioraria gravemente a vida útil da bateria.

Enquanto as baterias de lítio convencionais são carregadas e descarregadas na mesma temperatura, os pesquisadores descobriram que poderiam contornar o problema do revestimento de lítio carregando a bateria a uma temperatura elevada de 60 graus Celsius por alguns minutos, em seguida, descarregando-o em temperaturas mais baixas.

"Além do carregamento rápido, este design nos permite limitar o tempo de exposição da bateria à temperatura elevada de carga, gerando assim um ciclo de vida muito longo, "diz o autor sênior Chao-Yang Wang, um engenheiro mecânico na Universidade Estadual da Pensilvânia. "A chave é realizar um aquecimento rápido; caso contrário, a bateria permanecerá em temperaturas elevadas por muito tempo, causando degradação severa. "

Para encurtar o tempo de aquecimento e aquecer toda a bateria a uma temperatura uniforme, Wang e seus colegas equiparam um projeto de bateria de íon de lítio com uma estrutura de níquel de autoaquecimento que pré-aquece em menos de trinta segundos. Para testar seu modelo, eles carregaram três células de bolsa de grafite projetadas para veículos elétricos híbridos a 40, 49, e 60 graus Celsius, bem como um controle a 20 graus Celsius, usando várias estratégias de resfriamento para manter as temperaturas de carga constantes. Para confirmar que o revestimento de lítio não ocorreu, mais tarde, eles descarregaram totalmente as células e as abriram para análise.

Wang e a equipe descobriram que as baterias pré-aquecidas a 60 graus Celsius poderiam sustentar o processo de carregamento extremamente rápido por 1, 700 ciclos, enquanto a célula de controle só conseguia manter o ritmo por 60 ciclos. A uma temperatura média de carga entre 49 e 60 graus Celsius, a pesquisa não observou nenhum revestimento de lítio. Os pesquisadores também observaram que um aumento na temperatura de carga reduziu muito o resfriamento necessário para manter a célula em sua temperatura inicial - a célula de controle gerou 3,05 watts-hora, enquanto a célula de 60 graus Celsius gerou apenas 1,7 watts-hora.

"No passado, acreditava-se universalmente que as baterias de íon de lítio deveriam evitar operar em altas temperaturas devido à preocupação de reações colaterais aceleradas, ", diz Wang." Este estudo sugere que os benefícios do revestimento de lítio mitigado em temperatura elevada com tempo de exposição limitado superam em muito o impacto negativo associado a reações colaterais exacerbadas. "

Os pesquisadores observam que a tecnologia é completamente escalonável porque todas as células são baseadas em eletrodos disponíveis industrialmente; e eles já demonstraram seu uso em células de grande escala, módulos, e baterias. A folha de níquel aumenta o custo de cada célula em 0,47%, mas porque o design elimina a necessidade de aquecedores externos usados ​​nos modelos atuais, na verdade, reduz o custo de produção de cada embalagem.

Próximo, A equipe de Wang está planejando levar seu projeto um passo adiante.

"Estamos trabalhando para carregar uma bateria de veículo elétrico com alta densidade de energia em cinco minutos sem danificá-la, "ele diz." Isso exigirá eletrólitos altamente estáveis ​​e materiais ativos, além da estrutura de autoaquecimento que inventamos. "