Penn State, EC Power utilisent une modulation thermique interne pour permettre une charge rapide et stable

Une équipe de la Penn State University et de la start-up EC Power a développé une technologie indépendante des matériaux basée sur la modulation de température asymétrique avec un électrolyte à double sel thermiquement stable pour obtenir une charge rapide et stable des batteries Li-ion.

Dans un article paru dans Nature, l'équipe signale la charge d'une batterie de 265 Wh kg−1 à 75 % (ou 70 %) d'un état de charge en 12 (ou 11) minutes pendant plus de 900 (ou 2 000) cycles. Cela équivaut à une portée d'un demi-million de kilomètres dans laquelle chaque charge est une charge rapide.

De plus, nous construisons un jumeau numérique d'une telle batterie pour évaluer son refroidissement et sa sécurité et démontrer que la charge 4C à modulation thermique ne nécessite que la convection d'air. Cela offre une voie compacte et intrinsèquement sûre pour le développement cellule-à-pack. La méthode de modulation thermique rapide pour produire des interfaces électrochimiques hautement actives uniquement pendant la charge rapide a un potentiel important pour réaliser à la fois la stabilité et la charge rapide des matériaux de nouvelle génération, y compris les anodes comme le silicium et le lithium métal.

Cette batterie à charge rapide de 10 minutes a été développée pour les voitures électriques, avec la boîte noire sur le dessus contenant un système de gestion de batterie pour contrôler le module. Crédit : EC Power.

Notre technologie de charge rapide fonctionne pour la plupart des batteries à haute densité énergétique et ouvrira une nouvelle possibilité de réduire la taille des batteries de véhicules électriques de 150 à 50 kWh sans que les conducteurs ne ressentent d'anxiété d'autonomie. Les batteries plus petites et à charge plus rapide réduiront considérablement le coût des batteries et l'utilisation de matières premières critiques telles que le cobalt, le graphite et le lithium, permettant l'adoption massive de voitures électriques abordables.

La technologie repose sur la modulation thermique interne, une méthode active de contrôle de la température pour exiger les meilleures performances possibles de la batterie, a expliqué Wang. Les batteries fonctionnent plus efficacement lorsqu'elles sont chaudes, mais pas trop chaudes. Maintenir les batteries constamment à la bonne température a été un défi majeur pour les ingénieurs de batteries. Historiquement, ils se sont appuyés sur des systèmes de chauffage et de refroidissement externes et encombrants pour réguler la température de la batterie, qui réagissent lentement et gaspillent beaucoup d'énergie, a déclaré Wang.

Wang et son équipe ont plutôt décidé de réguler la température depuis l'intérieur de la batterie. Les chercheurs ont développé une nouvelle structure de batterie qui ajoute une feuille de nickel ultra-mince comme quatrième composant en plus de l'anode, de l'électrolyte et de la cathode. Agissant comme un stimulus, la feuille de nickel autorégule la température et la réactivité de la batterie, ce qui permet une charge rapide de 10 minutes sur à peu près n'importe quelle batterie de VE, a expliqué Wang.

"De véritables batteries à charge rapide auraient un impact immédiat", écrivent les chercheurs. "Puisqu'il n'y a pas assez de minéraux bruts pour que chaque voiture à moteur à combustion interne soit remplacée par un VE équipé de 150 kWh, une charge rapide est impérative pour que les VE se généralisent."

EC Power travaille à la fabrication et à la commercialisation de la batterie à charge rapide pour un avenir abordable et durable de l'électrification des véhicules, a déclaré Wang.

La technologie de cellule à modulation thermique (TMCT) d'EC Power chauffe les cellules de l'intérieur vers l'extérieur.

Les autres coauteurs de l'étude sont Teng Liu, Xiao-Guang Yang, Shanhai Ge et Yongjun Leng de Penn State et Nathaniel Stanley, Eric Rountree et Brian McCarthy d'EC Power.

Le travail a été soutenu par le département américain de l'énergie, le département américain de la défense, l'US Air Force et la dotation William E. Diefenderfer.

Ressources

Wang, CY., Liu, T., Yang, XG. et coll. (2022) "Chargement rapide des batteries lithium-ion à haute densité énergétique." Nature doi : 10.1038/s41586-022-05281-0

Publié le 03 novembre 2022 dans Batteries, Électrique (Batterie) | Lien permanent | Commentaires (0)