Veloce

Secondo un nuovo studio, le batterie standard dei veicoli elettrici possono ricaricare gran parte della loro autonomia in soli 10 minuti con l’aggiunta di un sottile foglio di nichel al loro interno. Ciò potrebbe fornire un’alternativa gradita ed economicamente interessante ai costosi veicoli elettrici che trasportano pacchi batterie enormi e estremamente costosi.

Se fossero disponibili opzioni di ricarica più veloci, che consentissero al prezzo adesivo del veicolo elettrico di scendere sostanzialmente, alcuni ricercatori sospettano che la fobia dei consumatori nei confronti dei veicoli elettrici e il dogma dell’industria contro “l’ansia da autonomia” potrebbero essere superati.

Ad esempio, un veicolo elettrico convenzionale a lungo raggio con un pacco da 120 kilowattora che richiede un’ora per ricaricarsi potrebbe essere sostituito con un veicolo elettrico con un pacco da 60 kWh in grado di ricaricare velocemente in 10 minuti preservando un tempo di viaggio molto simile durante il viaggio. viaggi a lunga distanza.

"Le batterie agli ioni di litio possono essere molto stabili e sicure a temperature elevate con una semplice regolazione dei materiali della batteria; [e] le temperature elevate ci danno capacità di ricarica rapida."—Chao-Yang Wang, Penn State

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno sperimentato una batteria agli ioni di litio con un’autonomia di circa 560 chilometri quando è completamente carica. (La densità di energia della batteria era di 265 wattora per chilogrammo.) Aggiungendo una lamina di nichel ultrasottile al suo interno, potevano ricaricarla al 70% in 11 minuti per un'autonomia di circa 400 km e al 75% in 12 minuti. per un'autonomia di circa 440 km.

"La nostra tecnologia consente di utilizzare batterie più piccole e a ricarica più rapida per l'adozione di massa di auto elettriche a prezzi accessibili", afferma l'autore senior dello studio Chao-Yang Wang, ingegnere delle batterie presso la Pennsylvania State University. "Quando esauriamo 200 miglia per carica, possiamo fermarci e andare in bagno, e 10 minuti dopo il veicolo è ricaricato e pronto per altre 200 miglia di viaggio. Quindi non c'è ansia da autonomia in questo modo."

Nel 2016, Wang e i suoi colleghi hanno aggiunto un foglio di nichel agli interni delle batterie agli ioni di litio per riscaldarle e aiutarle a funzionare meglio con il freddo gelido. Nel nuovo studio, hanno utilizzato in modo simile un foglio di nichel per riscaldare le batterie dei veicoli elettrici e aumentarne le prestazioni, una strategia perseguita anche nel 2021 per le batterie delle auto volanti elettriche.

"Le batterie convenzionali agli ioni di litio sono sviluppate per l'elettronica portatile: in quanto tali, scienziati e sviluppatori hanno molta paura del calore", afferma Wang. "Siamo andati contro questa mentalità tradizionale."

Le batterie funzionano meglio quando sono calde, ma non troppo calde. Mantenere le batterie costantemente alla giusta temperatura è stata una grande sfida per gli ingegneri delle batterie. In passato, per regolare la temperatura della batteria, si affidavano a sistemi di riscaldamento e raffreddamento esterni e ingombranti, che rispondono lentamente e sprecano molta energia, afferma Wang.

"Il nostro lavoro migliora di tre volte lo stato dell'arte attuale."—Chao-Yang Wang, Penn State

Nel nuovo studio, gli scienziati hanno regolato la temperatura delle batterie dall’interno utilizzando un foglio di nichel. "Avevamo bisogno di un modo semplice per portare la batteria a una temperatura elevata molto rapidamente, entro un minuto, poiché la ricarica rapida dura solo 10 minuti", afferma Wang. "Ci è capitato di aver inventato una lamina riscaldante interna nel nostro precedente lavoro sulle batterie autoriscaldanti."

Tutto sommato, hanno scoperto che "le batterie agli ioni di litio possono essere molto stabili e sicure a temperature elevate con una semplice regolazione dei materiali della batteria", afferma Wang. Ciò ha consentito loro di "godere del vantaggio collaterale che le temperature elevate ci offrono la capacità di ricarica rapida".

La batteria è durata più di 900 cicli quando caricata al 75%, per un'autonomia di circa 402.000 km, e circa 2.000 cicli quando caricata al 70%, per un'autonomia di circa 804.000 km o 500.000 miglia. Nel complesso, quindi, questa prestazione equivale a un’autonomia di mezzo milione di miglia in cui ogni carica è una carica veloce, dicono.

Gli scienziati notano che il loro lavoro "è molto diverso dalle attuali auto elettriche che dichiarano 100 o 150 miglia dopo 10 minuti di ricarica perché queste auto di solito hanno un'autonomia di crociera di 600 miglia, quindi riempire di energia per 150 miglia equivale essenzialmente a caricare al 25%, "dice Wang. "Il nostro lavoro migliora di tre volte lo stato dell'arte attuale."