Les batteries Li‑Ion auto-chauffantes se chargent rapidement même à –42 °C, offrant 4 500 cycles et une longévité de 12 ans
- Les nouvelles batteries auto-chauffantes peuvent être chargées en 15 minutes à des températures aussi basses que -42 °C.
- Il peut supporter 4 500 cycles de charge avec seulement 20 % de perte de capacité.
- Cela équivaut à 12 années de cycle de vie de la batterie ou 280 000 miles de durée de vie d'un véhicule électrique.
Une course passionnante se déroule entre les grands constructeurs automobiles pour augmenter la puissance et le nombre de bornes de recharge rapide. En 2017, Daimler, Volkswagen, Ford et BMW ont formé une coentreprise pour construire 400 bornes de recharge « ultrarapides » à travers l'Europe d'ici fin 2020. Parallèlement, Honda prévoit de lancer des véhicules électriques dotés d'une capacité de recharge rapide de 15 minutes d'ici 2022.
En mai 2018, le ministère de l'Énergie des États-Unis a annoncé un financement de 19 millions de dollars pour soutenir la recherche avancée sur les batteries et l'électrification afin d'augmenter encore la puissance de charge à 400 kW.
Les véhicules électriques existants ne peuvent pas supporter une charge rapide dans des conditions de froid extrême, car cela augmente le risque de placage au lithium – formation de lithium métallique autour de l'anode pendant la charge, provoquant un dysfonctionnement des batteries au fil du temps.
Les batteries au lithium traditionnelles ne peuvent pas être chargées rapidement en dessous de 10°C. Charger ces batteries en dessous du point de congélation entraînerait une perte permanente de capacité et une augmentation de la résistance interne.
Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université d'État de Pennsylvanie ont développé une batterie capable de s'auto-chauffer, permettant une charge rapide sans placage au lithium, quelle que soit la température extérieure.
Ces batteries peuvent recharger un véhicule électrique en 15 minutes – presque l’équivalent d’un ravitaillement en essence. Cela pourrait être un énorme soulagement pour les personnes vivant dans des États froids. Étant donné que les bornes de recharge sont largement installées, les propriétaires peuvent perdre leur inquiétude quant à l'autonomie du véhicule et parcourir de plus longues distances sans soucis.
Auparavant, les scientifiques avaient construit un système de batterie dans lequel la consommation d’énergie ne se produisait pas en dessous de températures glaciales en raison de l’auto-échauffement. Désormais, la même technique a été appliquée pour permettre aux batteries de se charger rapidement (en 15 minutes) dans toutes les conditions météorologiques, y compris à des températures aussi basses que -42°C.
Comment ça marche ?
La batterie nouvellement conçue comporte une fine feuille de nickel dont une extrémité va à la borne négative de la cellule, tandis que l'autre s'étend à l'extérieur, créant ainsi une troisième borne. Pour compléter le circuit, un interrupteur est fixé à un capteur de température qui permet aux électrons de circuler via une feuille de nickel lorsque la température est inférieure à 20°C.
Le flux d’électrons produit un chauffage par résistance dans la feuille de nickel, ce qui augmente finalement la température interne de la batterie. Une fois que la température augmente (au-dessus de 20°C), l'interrupteur s'ouvre, permettant au courant électrique de circuler dans la batterie pour une charge rapide.
Batterie auto-chauffante | crédit :Chao-Yang Wang / Penn State
Référence :PNAS | est ce que je:10.1073/pnas.1807115115 | État de Penn
La batterie fait tout ce travail toute seule; aucune intervention humaine n’est requise. De plus, les bornes de recharge existantes ne doivent pas être modifiées. La commutation entre le chauffage et la charge s'effectue au sein de la cellule, et non dans les chargeurs.
Tests
Les résultats des tests de prototypes ont été plus qu'impressionnants. Les chercheurs ont découvert que la batterie a une durée de vie remarquable, équivalente à plus de 12 ans ou 280 000 miles de durée de vie d’un véhicule électrique. Plus précisément, la batterie pourrait supporter 4 500 cycles de charge rapide (15 minutes) avec seulement 20 % de perte de capacité à 0°C.
En revanche, une batterie traditionnelle pourrait perdre 20 % de sa capacité en seulement 50 cycles de charge sous des températures glaciales. Cela se produit parce que le lithium métallique (en excès) se dépose à la surface de l'anode, au lieu que les ions lithium fusionnent efficacement avec les anodes de carbone. À l'heure actuelle, une charge lente est le seul moyen possible d'éviter cela en dessous de 10°C.
Lire :La nouvelle batterie aluminium-graphène peut être chargée en 5 secondes
Selon les chercheurs, leur nouvelle méthode permet de découpler la cinétique de charge de la décharge dans la science des batteries et d’améliorer la charge sans nécessiter de nouveaux matériaux ou produits chimiques. De plus, il offre une plate-forme pour construire des matériaux de batterie plus avancés sans souci de température.
Côté applications, cette technique aidera les constructeurs automobiles à utiliser des batteries plus petites et plus légères. Il permet également à une large gamme d'appareils électroniques et d'appareils tels que des robots d'extérieur, des smartphones tout temps, des drones et des microsatellites d'opérer à haute altitude.
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