Uma bateria de íon de lítio que é segura, tem alta potência e pode durar 1 milhão de milhas foi desenvolvido por uma equipe do Penn State's Battery and Energy Storage Technology (BEST) Center.

Baterias de veículos elétricos normalmente exigem uma compensação entre segurança e densidade de energia. Se a bateria tiver alta energia e densidade de potência, o que é necessário para dirigir em aclives ou entrar na autoestrada, então, há uma chance de a bateria pegar fogo ou explodir nas condições erradas. Mas os materiais que têm baixa densidade de energia / potência, e, portanto, alta segurança, tendem a ter baixo desempenho. Não há material que satisfaça a ambos. Por essa razão, os engenheiros de bateria optam pelo desempenho em vez da segurança.

"Neste trabalho, decidimos que íamos adotar uma abordagem totalmente diferente, "disse Chao-Yang Wang, professor de mecânica, ciência e engenharia química e de materiais, e William E. Diefenderfer Chair em Engenharia Mecânica, Estado de Penn. "Dividimos nossa estratégia em duas etapas. Primeiro, queríamos construir uma bateria altamente estável com materiais altamente estáveis."

O segundo passo foi introduzir aquecimento instantâneo. Cerca de quatro anos atrás, Wang desenvolveu uma bateria de autoaquecimento para superar o problema de mau desempenho em climas frios. A bateria usa uma corrente elétrica para aquecer em segundos, em comparação com as horas necessárias para um aquecedor externo. Ao aquecer a bateria da temperatura ambiente até cerca de 140 graus Fahrenheit - 60 graus Celsius - a bateria obtém um aumento instantâneo na reatividade porque a lei da cinética é que a reatividade aumenta exponencialmente com a temperatura.

"Com essas duas etapas, posso obter alta segurança quando a bateria não está sendo usada e alta potência quando ela está, " ele disse.

A bateria de autoaquecimento, chamada bateria All Climate, foi adotado por várias empresas automotivas, incluindo BMW, e foi escolhido para fornecer energia a uma frota de 10, 000 veículos que serão usados ​​para transportar as pessoas entre as instalações nos próximos Jogos Olímpicos de Inverno em Pequim.

O BEST Center testa a segurança da bateria usando um equipamento de penetração de pregos. Eles colocam o prego na célula causando curto-circuito. Eles monitoram a temperatura e a voltagem da célula. A diferença de temperatura para a célula passivada foi de 212 graus F - 100 graus C - em comparação com uma célula de bateria padrão que era 1, 832 graus F — 1000 graus C, uma enorme melhoria.

Como suas baterias são construídas com materiais estáveis, eles têm um ciclo de vida longo. Mesmo a 140 graus F, seu número de ciclo é superior a 4000, o que se traduz em mais de um milhão de milhas.

O próximo projeto da equipe será desenvolver uma bateria de estado sólido, que provavelmente exigirá aquecimento também.

O trabalho atual aparece no jornal Avanços da Ciência e é intitulado "Uma nova abordagem para segurança e alto desempenho de baterias de íon de lítio." Os co-autores de Wang são professores assistentes de pesquisa Shanhai Ge, Yongjun Leng e Xiao-Guang Yang, e os alunos de doutorado Teng Liu, Ryan Longchamps, Yue Gao e Daiwei Wang. Donghai Wang, professor de engenharia mecânica e química, Estado de Penn, também participou deste trabalho.