Rapide

Selon une nouvelle étude, les batteries standard des véhicules électriques peuvent recharger une grande partie de leur autonomie en seulement 10 minutes grâce à l'ajout d'une fine feuille de nickel à l'intérieur. Cela pourrait fournir une alternative bienvenue et économiquement intéressante aux véhicules électriques coûteux qui transportent des batteries massives et extrêmement coûteuses.

Si des options de recharge plus rapides étaient disponibles, permettant au prix affiché du VE de baisser considérablement, certains chercheurs soupçonnent que la phobie des VE des consommateurs et le dogme de l'industrie contre "l'anxiété de l'autonomie" pourraient être surmontés.

Par exemple, un VE conventionnel à longue portée avec un pack de 120 kilowattheures qui nécessite une heure pour se recharger pourrait être remplacé par un VE avec un pack de 60 kWh capable d'une charge rapide de 10 minutes tout en préservant un temps de trajet très similaire pendant voyages longue distance.

"Les batteries au lithium-ion peuvent être très stables et sûres à des températures élevées avec un simple ajustement des matériaux de la batterie - [et] des températures élevées nous donnent une capacité de charge rapide." - Chao-Yang Wang, Penn State

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont expérimenté une batterie lithium-ion d'une autonomie d'environ 560 kilomètres lorsqu'elle est complètement chargée. (La densité d'énergie de la batterie était de 265 wattheures par kilogramme.) En ajoutant une feuille de nickel ultra-mince à l'intérieur, ils pouvaient la recharger à 70 % en 11 minutes pour une autonomie d'environ 400 km, et à 75 % en 12 minutes. pour une autonomie d'environ 440 km.

"Notre technologie permet de déployer des batteries plus petites et à charge plus rapide pour l'adoption massive de voitures électriques abordables", explique l'auteur principal de l'étude, Chao-Yang Wang, ingénieur en batteries à l'Université d'État de Pennsylvanie. "Lorsque nous utilisons jusqu'à 200 miles par charge, nous pouvons nous arrêter et aller aux toilettes, et 10 minutes plus tard, le véhicule est rechargé et prêt pour un autre voyage de 200 miles. Il n'y a donc pas d'anxiété d'autonomie de cette façon."

En 2016, Wang et ses collègues ont ajouté une feuille de nickel à l'intérieur des batteries lithium-ion pour les chauffer et les aider à mieux fonctionner dans le froid glacial. Dans la nouvelle étude, ils ont également utilisé une feuille de nickel pour réchauffer les batteries des véhicules électriques et améliorer leurs performances, une stratégie qu'ils ont également poursuivie en 2021 pour les batteries des voitures volantes électriques.

"Les batteries lithium-ion conventionnelles sont développées pour l'électronique portable. En tant que tels, les scientifiques et les développeurs ont très peur de la chaleur", déclare Wang. "Nous sommes allés à l'encontre de cet état d'esprit traditionnel."

Les piles fonctionnent mieux lorsqu'elles sont chaudes, mais pas trop chaudes. Maintenir les batteries constamment à la bonne température précise a été un défi majeur pour les ingénieurs de batteries. Dans le passé, ils comptaient 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, explique Wang.

"Notre travail améliore de trois fois l'état actuel de l'art."—Chao-Yang Wang, Penn State

Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont régulé la température des batteries depuis l'intérieur des batteries à l'aide d'une feuille de nickel. "Nous avions besoin d'un moyen simple pour amener la batterie à une température élevée très rapidement, en une minute, car la charge rapide ne dure que 10 minutes", explique Wang. "Il se trouve que nous avons inventé une feuille chauffante interne dans nos travaux antérieurs sur les batteries auto-chauffantes."

Dans l'ensemble, ils ont découvert que "les batteries lithium-ion peuvent être très stables et sûres à des températures élevées avec un simple ajustement des matériaux de la batterie", a déclaré Wang. Cela leur a permis de "profiter de l'avantage secondaire que des températures élevées nous donnent une capacité de charge rapide".

La batterie a duré plus de 900 cycles lorsqu'elle était chargée à 75 %, pour une autonomie d'environ 402 000 km, et environ 2 000 cycles lorsqu'elle était chargée à 70 %, pour une autonomie d'environ 804 000 km ou 500 000 miles. Dans l'ensemble, cette performance équivaut donc à une autonomie d'un demi-million de kilomètres dans laquelle chaque charge est une charge rapide, disent-ils.

Les scientifiques notent que leur travail "est assez différent des voitures électriques actuelles revendiquant 100 ou 150 miles après 10 minutes de charge car ces voitures ont généralement une autonomie de 600 miles, donc le remplissage d'énergie pour 150 miles équivaut essentiellement à une charge à 25%, " dit Wang. "Notre travail améliore l'état actuel de l'art par trois fois."

Ces découvertes surviennent alors que la Californie, le plus grand marché automobile des États-Unis, vise à retirer efficacement le moteur à combustion interne d'ici 2035. La nouvelle technologie de charge rapide fonctionne pour la plupart des batteries à haute densité énergétique et permet l'utilisation de véhicules électriques avec des batteries relativement petites. , des batteries bon marché qui peuvent néanmoins éviter l'anxiété d'autonomie due à une charge rapide, dit Wang.

Le laboratoire de Wang s'est associé à la startup EC Power pour développer la technologie. La société travaille actuellement à la fabrication et à la commercialisation de la batterie à charge rapide.

À l'avenir, « nous aimerions parvenir à charger des batteries à très haute densité d'énergie à 80 % en 5 minutes. Cela offrira aux consommateurs une expérience similaire au remplissage d'essence », déclare Wang. "Nous pensons avoir jeté les bases scientifiques de cet objectif ultime, et il ne reste plus qu'à affiner des matériaux plus stables et notre stratégie de modulation thermique."

Les scientifiques ont détaillé leurs découvertes en ligne le 12 octobre dans la revue Nature.