Batteries Li-ion auto-chauffantes : charge rapide à –42 °C, 4500 cycles, 12 ans de durée de vie

Nouvelles batteries auto-chauffantes chargeables en 15 minutes à des températures aussi basses que -42 °C.

Elles supportent 4500 cycles de charge avec seulement 20 % de perte de capacité.

Équivalent à 12 ans de cycle de vie ou 280 000 km pour un véhicule électrique.

Contexte : la course à la charge rapide

Une course passionnante entre grands constructeurs pour augmenter puissance et nombre de stations de charge rapide. 2017 : Daimler, Volkswagen, Ford, BMW — coentreprise pour 400 stations « ultra-rapides » en Europe d'ici fin 2020. Honda : VE avec charge 15 min d'ici 2022.

Mai 2018 : Département de l'Énergie US, 19 millions $ pour recherche batteries avancées et électrification, viser 400 kW.

Les VE actuels ne supportent pas la charge rapide par grand froid : risque de dépôt de lithium métallique autour de l'anode pendant la charge, causant dysfonctionnements.

Batteries lithium traditionnelles : pas de charge rapide sous 10 °C. Charge sous zéro = perte de capacité permanente et résistance interne accrue.

La solution de Penn State

Chercheurs de Penn State ont développé une batterie qui s'auto-chauffe, permettant une charge rapide sans dépôt de lithium quelle que soit la température extérieure.

Recharge VE en 15 min — quasi équivalent au plein d'essence. Soulagement énorme pour régions froides. Avec stations de charge généralisées, anxiété d'autonomie éliminée, trajets plus longs sans souci.

Précédemment, même équipe avait créé un système où la puissance ne se décharge pas sous zéro grâce à l'auto-chauffage. Maintenant, même technique pour charge rapide (15 min) par tous temps, jusqu'à -42 °C.

Fonctionnement

La batterie a une fine feuille de nickel : une borne reliée à la borne négative de la cellule, l'autre s'étend vers l'extérieur créant une troisième borne. Un interrupteur couplé à un capteur de température permet aux électrons de circuler via la feuille de nickel quand T < 20 °C.

Le flux d'électrons produit un chauffage par résistance dans la feuille de nickel, augmentant la température interne. Une fois T > 20 °C, l'interrupteur s'ouvre, laissant le courant charger la batterie rapidement.

Tout est automatique, sans intervention humaine. Les stations de charge existantes n'ont pas à être modifiées. La commutation chauffage/charge se fait dans la cellule, pas dans le chargeur.

Tests

Résultats impressionnants : durée de cycle remarquable équivalente à >12 ans ou 280 000 km. Spécifiquement : 4500 cycles de charge rapide (15 min) avec seulement 20 % perte de capacité à 0 °C.

Batterie traditionnelle : 20 % perte en seulement 50 cycles sous zéro. Dépôt de lithium métallique en excès sur l'anode au lieu d'insertion efficace des ions lithium dans l'anode carbone. Actuellement, charge lente seule option sous 10 °C.

Selon les chercheurs, leur méthode découple la cinétique de charge de la décharge et améliore la charge sans nouveau matériau ni chimie. Plateforme pour matériaux de batteries avancés sans contrainte de température.

Côté applications : aide constructeurs à utiliser batteries plus petites et légères. Permet large gamme d'électroniques et dispositifs : robots extérieurs, smartphones tout-temps, drones, micro-satellites haute altitude.