Bateria de carro elétrico com auto aquecimento e carregamento rápido torna os veículos eléctricos imunes ao clima

Os californianos não compram veículos elétricos porque são legais, eles compram veículos elétricos porque vivem em um clima quente. Baterias convencionais de íons de lítio não podem ser rapidamente carregadas em temperaturas abaixo de 50 graus Fahrenheit, mas agora uma equipe de engenheiros da Penn State criou uma bateria que pode se auto aquecer, permitindo um carregamento rápido, independentemente do frio externo.

“Os veículos elétricos são populares na costa oeste porque o clima é propício”, disse Xiao-Guang Yang, professor assistente de pesquisa em engenharia mecânica da Penn State. “Uma vez que você os mova para a costa leste ou para o Canadá, então há um tremendo problema. Nós demonstramos que as baterias podem ser rapidamente carregadas independentemente da temperatura externa.”

Quando os proprietários podem recarregar baterias de carro em 15 minutos em uma estação de carregamento, o reabastecimento de veículos elétricos se torna quase equivalente ao reabastecimento de gasolina no tempo que leva. Assumindo que as estações de recarga são colocadas de forma generosa, os motoristas podem perder sua “ansiedade de autonomia” e dirigir longas distâncias sem preocupações.

Anteriormente, os pesquisadores desenvolveram uma bateria que pode se autoaquecer para evitar o consumo de energia abaixo do congelamento. Agora, o mesmo princípio está sendo aplicado às baterias para permitir um carregamento rápido de 15 minutos em todas as temperaturas, mesmo que seja de menos de 45 graus F.

A bateria de autoaquecimento usa uma fina folha de níquel com uma extremidade presa ao terminal negativo e a outra se estendendo para fora da célula para criar um terceiro terminal. Um sensor de temperatura ligado a um interruptor faz com que os elétrons fluam através da folha de níquel para completar o circuito quando a temperatura estiver abaixo da temperatura ambiente. Isso aquece rapidamente a folha de níquel através do aquecimento de resistência e aquece o interior da bateria. Quando a temperatura interna da bateria estiver acima da temperatura ambiente, a chave se abre e a corrente elétrica flui para a bateria para carregá-la rapidamente.

“Uma característica única do nosso celular é que ele vai fazer o aquecimento e, em seguida, mudar para o carregamento automático”, disse Chao-Yang Wang, Chao-Yang Wang , William E. Diefenderfer Presidente de engenharia mecânica , professor de engenharia química e professor de materiais ciência e engenharia , e diretor do Centro de Motores Eletroquímicos . “Além disso, as estações que já estão por aí não precisam ser alteradas. O controle do aquecimento e do carregamento está dentro da bateria, não dos carregadores.”

Os pesquisadores relatam os resultados de seus testes com protótipos na edição desta semana da revista Proceedings, da National Academy of Sciences. Eles descobriram que sua bateria de auto-aquecimento poderia suportar 4.500 ciclos de carga de 15 minutos a 32 graus F, com apenas uma perda de capacidade de 20%. Isso proporciona aproximadamente 280.000 milhas de condução e uma vida útil de 12,5 anos, mais do que a maioria das garantias.

Uma bateria convencional testada nas mesmas condições perdeu 20% da capacidade em 50 ciclos de carga.

As baterias de íons de lítio se degradam quando rapidamente carregadas abaixo dos 50 graus F porque, ao invés dos íons de lítio integrarem-se suavemente com os ânodos de carbono, o lítio deposita-se em pontas na superfície do ânodo. Este revestimento de lítio reduz a capacidade das células, mas também pode causar picos elétricos e condições inseguras de bateria. Atualmente, a carga longa e lenta é a única maneira de evitar o revestimento de lítio abaixo dos 50 graus F.

Baterias aquecidas acima do limite de revestimento de lítio, seja por temperatura ambiente ou por aquecimento interno, não exibirão placas de lítio e não perderão capacidade.

“Esse método onipresente de carregamento rápido também permitirá que os fabricantes usem baterias menores que sejam mais leves e mais seguras em um veículo”, disse Wang.

Também trabalhando neste projeto estavam Guangsheng Zhang ex-bolsista de pós-doutorado em engenharia mecânica, e Shanhai Ge, professor assistente de pesquisa de engenharia mecânica da Penn State.

O Departamento de Proteção Ambiental da Pensilvânia, a EC Power, LLC e o Departamento de Energia dos EUA apoiaram este trabalho. Wang é o fundador e CTO da EC Power, LLC.

Fonte: news.psu.edu


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