Penn State ed EC Power utilizzano la modulazione termica interna per consentire una ricarica rapida stabile

Un team della Penn State University e la start-up EC Power hanno sviluppato una tecnologia indipendente dai materiali basata sulla modulazione asimmetrica della temperatura con un elettrolita a doppio sale termicamente stabile per ottenere una ricarica rapida e stabile per le batterie agli ioni di litio.

In un articolo su Nature, il team riporta la ricarica di una batteria da 265 Wh kg−1 al 75% (o 70%) dello stato di carica in 12 (o 11) minuti per più di 900 (o 2.000) cicli. Ciò equivale a un'autonomia di mezzo milione di miglia in cui ogni ricarica è una ricarica rapida.

Inoltre, costruiamo un gemello digitale di tale pacco batteria per valutarne il raffreddamento e la sicurezza e dimostrare che la ricarica 4C modulata termicamente richiede solo la convezione dell’aria. Ciò offre un percorso compatto e intrinsecamente sicuro per lo sviluppo dalla cellula al pacco. Il metodo di modulazione termica rapida per produrre interfacce elettrochimiche altamente attive solo durante la carica rapida ha un potenziale importante per realizzare sia la stabilità che la carica rapida dei materiali di prossima generazione, inclusi anodi come il silicio e il litio metallico.

Questa batteria a ricarica rapida in 10 minuti è stata sviluppata per le auto elettriche, con la scatola nera nella parte superiore contenente un sistema di gestione della batteria per controllare il modulo. Credito: Potenza CE.

La nostra tecnologia di ricarica rapida funziona con la maggior parte delle batterie ad alta densità energetica e aprirà una nuova possibilità di ridimensionare le batterie dei veicoli elettrici da 150 a 50 kWh senza causare ansia ai conducenti. Le batterie più piccole e a ricarica più rapida ridurranno drasticamente i costi delle batterie e l’utilizzo di materie prime critiche come il cobalto, la grafite e il litio, consentendo l’adozione di massa di auto elettriche a prezzi accessibili.

La tecnologia si basa sulla modulazione termica interna, un metodo attivo di controllo della temperatura per richiedere le migliori prestazioni possibili alla batteria, ha spiegato Wang. Le batterie funzionano in modo più efficiente quando sono calde, ma non troppo calde. Mantenere le batterie costantemente alla giusta temperatura è stata una sfida importante per gli ingegneri delle batterie. Storicamente, per regolare la temperatura della batteria, hanno fatto affidamento su sistemi di riscaldamento e raffreddamento esterni e ingombranti, che rispondono lentamente e sprecano molta energia, ha affermato Wang.

Wang e il suo team hanno deciso invece di regolare la temperatura dall’interno della batteria. I ricercatori hanno sviluppato una nuova struttura della batteria che aggiunge un foglio di nichel ultrasottile come quarto componente oltre ad anodo, elettrolita e catodo. Agendo come stimolo, la lamina di nichel autoregola la temperatura e la reattività della batteria, consentendo una ricarica rapida di 10 minuti su quasi tutte le batterie dei veicoli elettrici, ha spiegato Wang.

"Le vere batterie a ricarica rapida avrebbero un impatto immediato", scrivono i ricercatori. “Poiché non ci sono abbastanza minerali grezzi per sostituire ogni automobile con motore a combustione interna con un veicolo elettrico da 150 kWh, la ricarica rapida è fondamentale affinché i veicoli elettrici diventino mainstream”.

EC Power sta lavorando per produrre e commercializzare la batteria a ricarica rapida per un futuro accessibile e sostenibile dell’elettrificazione dei veicoli, ha affermato Wang.

La tecnologia delle celle a modulazione termica (TMCT) di EC Power riscalda le celle dall'interno verso l'esterno.

Gli altri coautori dello studio sono Teng Liu, Xiao-Guang Yang, Shanhai Ge e Yongjun Leng della Penn State e Nathaniel Stanley, Eric Rountree e Brian McCarthy di EC Power.

Il lavoro è stato sostenuto dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, dall'aeronautica americana e dal William E. Diefenderfer Endowment.

Risorse

Wang, CY., Liu, T., Yang, XG. et al. (2022) "Ricarica rapida di batterie agli ioni di litio ad alta densità energetica". Doi natura: 10.1038/s41586-022-05281-0

Inserito il 03 novembre 2022 in Batterie, Elettrico (Batteria) | Collegamento permanente | Commenti (0)