I ricercatori della Penn State hanno sviluppato a batteria auto-riscaldamento, capace di essere rapidamente caricato a basse temperature.

Si tratta di uno sviluppo significativo poiché il clima è uno dei maggiori ostacoli che le compagnie di auto elettriche devono affrontare e potrebbe ispirare più persone che vivono in stati freddi, al di fuori della soleggiata California, ad acquistare veicoli elettrici.

Tradizionalmente, le temperature inferiori a 50 gradi Fahrenheit rallentano la velocità con cui le batterie agli ioni di litio possono caricare e contribuire al degrado della batteria, rendendo le persone esitanti a prendere veicoli elettrici lontano dalle loro case.

"I veicoli elettrici sono popolari sulla costa occidentale perché il clima è favorevole" Xiao-Guang Yang, un assistente ricercatore in ingegneria meccanica presso la Penn State e co-autore dello studio, ha dichiarato in una nota.

“Una volta che li sposti sulla costa orientale o in Canada, c'è un problema enorme. Abbiamo dimostrato che le batterie possono essere caricate rapidamente indipendentemente dalla temperatura esterna. "

Questa nuova batteria può essere caricata a 80 per cento in 15 minuti, sempre e ovunque. È anche in grado di caricare rapidamente a meno 40 gradi Fahrenheit.

"Il tempo è denaro! Nessuno vuole aspettare ore per caricare le auto elettriche o gli smartphone ", ha detto Chao-Yang Wang, un professore e presidente Diefenderfer di ingegneria meccanica e nucleare a Penn State e co-autore dello studio.

Nelle tradizionali batterie agli ioni di litio, la ricarica rapida è possibile solo con temperature calde, poiché il calore consente alle batterie di reagire a velocità elevate di corrente elettrica.

Con il freddo, tuttavia, le correnti di carica devono rallentare per evitare di creare dendriti di litio metallico che possono causare danni alla durata della batteria ed è un rischio per la sicurezza, ha detto Wang.

"Per cambiare questo, ci è venuta l'idea di utilizzare l'energia elettrica di un caricabatterie per riscaldare rapidamente una batteria fredda prima di caricarla rapidamente", ha detto Wang. "Di conseguenza, abbiamo inventato una batteria con due funzioni di accumulo di energia e autoriscaldamento immediato".

Come funziona

Nel lavoro precedente, i ricercatori hanno sviluppato una batteria in grado di evitare il drenaggio dell'energia sotto il congelamento mediante autoriscaldamento.

Hanno applicato gli stessi principi in questo sviluppo.

Le batterie hanno due terminali, un positivo e uno negativo. In questo progetto, i ricercatori hanno attaccato una sottile pellicola di nichel all'estremità negativa per creare un terzo terminale. Quando scende sotto la temperatura ambiente, un sensore collegato a un interruttore invia elettroni attraverso la lamina di nichel. Questo riscalda rapidamente la pellicola e riscalda la batteria.

Quando la batteria ritorna al di sopra della temperatura ambiente, l'interruttore si apre in modo che la corrente elettrica scorra nella batteria e la carica rapidamente. "Una caratteristica unica della nostra cella è che farà il riscaldamento e poi passerà alla ricarica automaticamente", ha detto Wang in un comunicato. “Inoltre, le stazioni già disponibili non devono essere cambiate. Il controllo dello spegnimento (sic) del riscaldamento e della ricarica è all'interno della batteria, non dei caricabatterie. "

Un articolo che descrive la batteria è pubblicato sul giornale Atti della National Academy of Sciences.

Test della batteria

Attraverso i test, i ricercatori hanno scoperto che la loro batteria è in grado di sopportare cicli 4,500 di 15-minute-long sessioni di carica a 32 gradi Fahrenheit con solo 20-percentuale di perdita di capacità.

Ciò equivale a miglia 280,000 di guida e una durata di 12.5 anni.

Ciò è eccezionalmente impressionante perché tutte le batterie si deteriorano nel tempo e la durata di queste batterie consentirebbe una durata della vita del veicolo più lunga rispetto alla maggior parte delle garanzie.

Le batterie convenzionali che hanno subito lo stesso test hanno perso la capacità 20-percento nei cicli di ricarica 50.

"Rimuove definitivamente la limitazione di temperatura per la ricarica rapida della batteria", ha detto Wang. "Immagina che ora sia possibile per AAA caricare rapidamente un veicolo elettrico incagliato con batteria scarica al freddo. Che ne dici di caricare velocemente un camion elettrico in inverno che è troppo grande per parcheggiare in un garage riscaldato come le auto Tesla? ”

Qual è il prossimo passo?

La tecnologia è già stata implementata nei veicoli commerciali. BMW ha recentemente firmato a affare che dà loro accesso alle batterie.  

Wang si aspetta di vedere la tecnologia dei veicoli sul mercato negli anni 3-5.

Inoltre, la tecnologia verrà utilizzata nelle prossime Olimpiadi invernali.  

"Mi aspetto anche che la nostra tecnologia venga utilizzata per la ricarica rapida di smartphone e droni al freddo", ha affermato Wang.