Penn State, EC Power utilizan modulación térmica interna para permitir una carga rápida estable

Un equipo de la Universidad Estatal de Pensilvania y la start-up EC Power han desarrollado una tecnología agnóstica de materiales basada en la modulación de temperatura asimétrica con un electrolito de sal dual térmicamente estable para lograr una carga rápida y estable para las baterías de iones de litio.

En un artículo en Nature, el equipo informa sobre la carga de una batería de 265 Wh kg−1 al 75 % (o 70 %) de carga en 12 (u 11) minutos durante más de 900 (o 2000) ciclos. Esto es equivalente a un rango de medio millón de millas en el que cada carga es una carga rápida.

Además, construimos un gemelo digital de un paquete de baterías de este tipo para evaluar su enfriamiento y seguridad y demostrar que la carga 4C modulada térmicamente solo requiere convección de aire. Esto ofrece una ruta compacta e intrínsecamente segura para el desarrollo de celda a paquete. El método de modulación térmica rápida para producir interfaces electroquímicas altamente activas solo durante la carga rápida tiene un potencial importante para lograr tanto la estabilidad como la carga rápida de materiales de próxima generación, incluidos ánodos como el silicio y el litio metálico.

Esta batería de carga rápida de 10 minutos fue desarrollada para autos eléctricos, con la caja negra en la parte superior que contiene un sistema de administración de batería para controlar el módulo. Crédito: EC Power.

Nuestra tecnología de carga rápida funciona para la mayoría de las baterías de alta densidad energética y abrirá una nueva posibilidad de reducir el tamaño de las baterías de los vehículos eléctricos de 150 a 50 kWh sin que los conductores sientan ansiedad por la autonomía. Las baterías más pequeñas y de carga más rápida reducirán drásticamente el costo de la batería y el uso de materias primas críticas como el cobalto, el grafito y el litio, lo que permitirá la adopción masiva de automóviles eléctricos asequibles.

La tecnología se basa en la modulación térmica interna, un método activo de control de temperatura para exigir el mejor rendimiento posible de la batería, explicó Wang. Las baterías funcionan de manera más eficiente cuando están calientes, pero no demasiado. Mantener las baterías constantemente a la temperatura correcta ha sido un gran desafío para los ingenieros de baterías. Históricamente, se han basado en sistemas de calefacción y refrigeración externos y voluminosos para regular la temperatura de la batería, que responden lentamente y desperdician mucha energía, dijo Wang.

Wang y su equipo decidieron, en cambio, regular la temperatura desde el interior de la batería. Los investigadores desarrollaron una nueva estructura de batería que agrega una lámina de níquel ultrafina como cuarto componente además del ánodo, el electrolito y el cátodo. Actuando como un estímulo, la lámina de níquel autorregula la temperatura y la reactividad de la batería, lo que permite una carga rápida de 10 minutos en casi cualquier batería EV, explicó Wang.

"Las verdaderas baterías de carga rápida tendrían un impacto inmediato", escriben los investigadores. "Dado que no hay suficientes minerales en bruto para que cada automóvil con motor de combustión interna sea reemplazado por un EV equipado con 150 kWh, la carga rápida es imperativa para que los EV se generalicen".

EC Power está trabajando para fabricar y comercializar la batería de carga rápida para un futuro asequible y sostenible de la electrificación de vehículos, dijo Wang.

La tecnología de celda modulada térmicamente (TMCT) de EC Power calienta las celdas de adentro hacia afuera.

Los otros coautores del estudio son Teng Liu, Xiao-Guang Yang, Shanhai Ge y Yongjun Leng de Penn State y Nathaniel Stanley, Eric Rountree y Brian McCarthy de EC Power.

El trabajo fue apoyado por el Departamento de Energía de EE. UU., el Departamento de Defensa de EE. UU., la Fuerza Aérea de EE. UU. y William E. Diefenderfer Endowment.

Recursos

Wang, CY., Liu, T., Yang, XG. et al. (2022) "Carga rápida de baterías de iones de litio de alta densidad energética". Naturaleza doi: 10.1038/s41586-022-05281-0

Publicado el 03 noviembre 2022 en Baterías, Eléctrico (Batería) | Enlace permanente | Comentarios (0)