Rápido

Baterias padrão de veículos elétricos podem recarregar grande parte de seu alcance em apenas 10 minutos com a adição de uma fina folha de níquel dentro delas, segundo um novo estudo. Isso poderia fornecer uma alternativa bem-vinda e economicamente atraente para EVs caros que carregam baterias maciças e extremamente caras.

Se opções de carregamento mais rápido estivessem disponíveis, permitindo que o preço de etiqueta do EV caísse substancialmente, alguns pesquisadores suspeitam que a fobia de EV dos consumidores e o dogma da indústria contra a "ansiedade de alcance" poderiam ser superados.

Por exemplo, um EV convencional de longo alcance com um pacote de 120 quilowatts-hora que requer uma hora para recarregar pode ser substituído por um EV com um pacote de 60 kWh capaz de carregar rapidamente em 10 minutos, preservando um tempo de viagem muito semelhante durante viagens de longa distância.

"Baterias de íon de lítio podem ser muito estáveis ​​e seguras em temperaturas elevadas com um simples ajuste dos materiais da bateria — [e] temperaturas elevadas nos dão capacidade de carregamento rápido." — Chao-Yang Wang, Penn State

No novo estudo, os pesquisadores experimentaram uma bateria de íon-lítio com autonomia de aproximadamente 560 quilômetros quando totalmente carregada. (A densidade de energia da bateria era de 265 watts-hora por quilo.) Ao adicionar uma folha de níquel ultrafina ao seu interior, eles poderiam recarregá-la em 70% em 11 minutos para um alcance de aproximadamente 400 km e 75% em 12 minutos. para um alcance de aproximadamente 440 km.

“Nossa tecnologia permite que baterias menores e de carregamento mais rápido sejam implantadas para adoção em massa de carros elétricos acessíveis”, diz o autor sênior do estudo Chao-Yang Wang, engenheiro de baterias da Universidade Estadual da Pensilvânia. "Quando gastamos 200 milhas por carga, podemos parar e ir ao banheiro e, 10 minutos depois, o veículo está recarregado e pronto para mais 200 milhas de viagem. Portanto, não há ansiedade de alcance dessa maneira."

Em 2016, Wang e seus colegas adicionaram folha de níquel ao interior das baterias de íon-lítio para aquecê-las e ajudá-las a ter um melhor desempenho no frio congelante. No novo estudo, eles também usaram folha de níquel para aquecer baterias de veículos elétricos e aumentar seu desempenho, uma estratégia que também adotaram em 2021 para baterias de carros voadores elétricos.

"Baterias de íon de lítio convencionais são desenvolvidas para eletrônicos portáteis - como tal, cientistas e desenvolvedores têm muito medo do calor", diz Wang. "Fomos contra essa mentalidade tradicional."

As baterias funcionam melhor quando estão quentes, mas não muito quentes. Manter as baterias consistentemente na temperatura certa tem sido um grande desafio para os engenheiros de baterias. No passado, eles dependiam de sistemas de aquecimento e resfriamento externos e volumosos para regular a temperatura da bateria, que responde lentamente e gasta muita energia, diz Wang.

"Nosso trabalho melhora o estado atual da arte em três vezes." - Chao-Yang Wang, Penn State

No novo estudo, os cientistas regularam as temperaturas das baterias de dentro das baterias usando folha de níquel. "Precisávamos de uma maneira simples de levar a bateria a uma temperatura elevada muito rapidamente - em um minuto, já que o carregamento rápido dura apenas 10 minutos", diz Wang. "Por acaso, inventamos uma folha de aquecimento interno em nosso trabalho anterior sobre baterias autoaquecidas."

Ao todo, eles descobriram que "as baterias de íons de lítio podem ser muito estáveis ​​e seguras em temperaturas elevadas com um simples ajuste dos materiais da bateria", diz Wang. Isso permite que eles "desfrutem do benefício colateral de que temperaturas elevadas nos fornecem capacidade de carregamento rápido".

A bateria durou mais de 900 ciclos quando carregada a 75 por cento, para um alcance de cerca de 402.000 km e aproximadamente 2.000 ciclos quando carregada a 70 por cento, para um alcance de cerca de 804.000 km - ou 500.000 milhas. Ao todo, então, esse desempenho é equivalente a um alcance de meio milhão de milhas em que cada carga é uma carga rápida, dizem eles.

Os cientistas observam que seu trabalho "é bem diferente dos carros elétricos atuais que reivindicam 100 ou 150 milhas após 10 minutos de carregamento, porque esses carros geralmente têm um alcance de cruzeiro de 600 milhas, portanto, abastecer com energia por 150 milhas é essencialmente igual a carregar 25%, "Wang diz. "Nosso trabalho melhora o estado atual da arte em três vezes."