Una batteria agli ioni di litio che è sicura, ha un'elevata potenza e può durare per 1 milione di miglia è stato sviluppato da un team nel Battery and Energy Storage Technology (BEST) Center di Penn State.

Le batterie dei veicoli elettrici in genere richiedono un compromesso tra sicurezza e densità di energia. Se la batteria ha un'energia e una densità di potenza elevate, che è necessario per la guida in salita o la fusione in autostrada, quindi c'è la possibilità che la batteria possa prendere fuoco o esplodere nelle condizioni sbagliate. Ma i materiali che hanno una bassa densità di energia/potenza, e quindi alta sicurezza, tendono ad avere scarse prestazioni. Non c'è materiale che soddisfi entrambi. Per tale motivo, gli ingegneri delle batterie preferiscono le prestazioni alla sicurezza.

"In questo lavoro abbiamo deciso di adottare un approccio completamente diverso, " disse Chao Yang Wang, professore di meccanica, scienza e ingegneria chimica e dei materiali, e William E. Diefenderfer Chair in Ingegneria Meccanica, Penn State. "Abbiamo diviso la nostra strategia in due fasi. Innanzitutto volevamo costruire una batteria altamente stabile con materiali altamente stabili".

Il loro secondo passo è stato quello di introdurre il riscaldamento istantaneo. Circa quattro anni fa, Wang ha sviluppato una batteria autoriscaldante per superare il problema delle scarse prestazioni nei climi freddi. La batteria utilizza una corrente elettrica per riscaldarsi in pochi secondi rispetto alle ore necessarie per un riscaldatore esterno. Riscaldando la batteria dalla temperatura ambiente a circa 140 gradi Fahrenheit—60 gradi Celsius—la batteria ottiene un aumento istantaneo della reattività perché la legge della cinetica è che la reattività aumenta esponenzialmente con la temperatura.

"Con questi due passaggi posso ottenere un'elevata sicurezza quando la batteria non viene utilizzata e un'elevata potenza quando lo è, " Egli ha detto.

La batteria autoriscaldante, chiamata la batteria All Climate, è stato adottato da diverse case automobilistiche, compresa BMW, ed è stato scelto per alimentare una flotta di 10, 000 veicoli che verranno utilizzati per trasportare le persone tra le sedi delle prossime Olimpiadi invernali di Pechino.

Il BEST Center verifica la sicurezza della batteria utilizzando attrezzature per la penetrazione dei chiodi. Spingono il chiodo nella cellula causando un corto circuito. Quindi monitorano la cella per la temperatura e la tensione. La differenza di temperatura per la cella passivata era di 212 gradi F—100 gradi C, rispetto a una cella di batteria standard che era 1, 832 gradi F—1000 gradi C, un enorme miglioramento.

Poiché le loro batterie sono costruite utilizzando materiali stabili, hanno un ciclo di vita lungo. Anche a 140 gradi F, il loro numero di cicli è superiore a 4000, che si traduce in oltre un milione di miglia.

Il prossimo progetto del team sarà quello di sviluppare una batteria a stato solido, che probabilmente richiederà anche il riscaldamento.

Il lavoro attuale appare sulla rivista Progressi scientifici ed è intitolato "Un nuovo approccio alla sicurezza e alle alte prestazioni delle batterie agli ioni di litio". I coautori di Wang sono gli assistenti di ricerca Shanhai Ge, Yongjun Leng e Xiao Guang Yang, e dottorandi Teng Liu, Ryan Longchamps, Yue Gao e Daiwei Wang. Donghai Wang, professore di ingegneria meccanica e chimica, Penn State, partecipato anche a questo lavoro.