Penn State, EC Power usa modulação térmica interna para permitir carregamento rápido estável

Uma equipe da Penn State University e da start-up EC Power desenvolveu uma tecnologia independente de material baseada na modulação de temperatura assimétrica com um eletrólito de sal duplo termicamente estável para obter carregamento rápido estável para baterias de íons de lítio.

Em um artigo na Nature, a equipe relata o carregamento de uma bateria de 265 Wh kg-1 para 75% (ou 70%) do estado de carga em 12 (ou 11) minutos por mais de 900 (ou 2.000) ciclos. Isso é equivalente a um alcance de meio milhão de milhas em que cada carga é uma carga rápida.

Além disso, construímos um gêmeo digital de tal bateria para avaliar seu resfriamento e segurança e demonstrar que o carregamento 4C termicamente modulado requer apenas a convecção do ar. Isso oferece uma rota compacta e intrinsecamente segura para o desenvolvimento cell-to-pack. O método de modulação térmica rápida para produzir interfaces eletroquímicas altamente ativas somente durante o carregamento rápido tem um potencial importante para obter estabilidade e carregamento rápido de materiais da próxima geração, incluindo ânodos como silício e lítio metálico.

Esta bateria de carregamento rápido de 10 minutos foi desenvolvida para carros elétricos, com a caixa preta na parte superior contendo um sistema de gerenciamento de bateria para controlar o módulo. Crédito: EC Power.

Nossa tecnologia de carregamento rápido funciona para a maioria das baterias com alta densidade de energia e abrirá uma nova possibilidade de reduzir o tamanho das baterias de veículos elétricos de 150 para 50 kWh sem causar ansiedade nos motoristas. As baterias menores e de carregamento mais rápido reduzirão drasticamente o custo da bateria e o uso de matérias-primas críticas, como cobalto, grafite e lítio, permitindo a adoção em massa de carros elétricos acessíveis.

A tecnologia conta com modulação térmica interna, um método ativo de controle de temperatura para exigir o melhor desempenho possível da bateria, explicou Wang. As baterias funcionam com mais eficiência quando estão quentes, mas não muito quentes. Manter as baterias consistentemente na temperatura certa tem sido um grande desafio para os engenheiros de baterias. Historicamente, eles contam com sistemas externos e volumosos de aquecimento e resfriamento para regular a temperatura da bateria, que responde lentamente e gasta muita energia, disse Wang.

Wang e sua equipe decidiram regular a temperatura de dentro da bateria. Os pesquisadores desenvolveram uma nova estrutura de bateria que adiciona uma folha de níquel ultrafina como o quarto componente, além do ânodo, eletrólito e cátodo. Atuando como um estímulo, a folha de níquel autorregula a temperatura e a reatividade da bateria, o que permite um carregamento rápido de 10 minutos em praticamente qualquer bateria EV, explicou Wang.

“As verdadeiras baterias de carregamento rápido teriam um impacto imediato”, escrevem os pesquisadores. “Como não há minerais brutos suficientes para que todos os carros com motor de combustão interna sejam substituídos por um EV equipado com 150 kWh, o carregamento rápido é imperativo para que os EVs se tornem populares”.

A EC Power está trabalhando para fabricar e comercializar a bateria de carregamento rápido para um futuro acessível e sustentável da eletrificação de veículos, disse Wang.

A Tecnologia de Célula Termicamente Modulada (TMCT) da EC Power aquece as células de dentro para fora.

Os outros coautores do estudo são Teng Liu, Xiao-Guang Yang, Shanhai Ge e Yongjun Leng da Penn State e Nathaniel Stanley, Eric Rountree e Brian McCarthy da EC Power.

O trabalho foi financiado pelo Departamento de Energia dos EUA, pelo Departamento de Defesa dos EUA, pela Força Aérea dos EUA e pela William E. Diefenderfer Endowment.

Recursos

Wang, CY., Liu, T., Yang, XG. e outros (2022) "Carregamento rápido de baterias de íon de lítio densas em energia." Nature doi: 10.1038/s41586-022-05281-0

Postado em 03 de novembro de 2022 em Baterias, Elétrica (Bateria) | Link permanente | Comentários (0)