Californiërs kopen geen elektrische voertuigen omdat ze cool zijn, ze kopen EV's omdat ze in een warm klimaat leven. Conventionele lithium-ionbatterijen kunnen niet snel worden opgeladen bij temperaturen onder de 50 graden Fahrenheit, maar nu heeft een team van Penn State-ingenieurs een batterij gemaakt die zichzelf kan opwarmen, waardoor snel opladen mogelijk is, ongeacht de kou van buiten.

"Elektrische voertuigen zijn populair aan de westkust omdat het weer gunstig is, " zei Xiao-Guang Yang, assistent onderzoekshoogleraar werktuigbouwkunde, Penn State. "Als je ze eenmaal naar de oostkust of Canada hebt verplaatst, dan is er een enorm probleem. We hebben aangetoond dat de batterijen snel kunnen worden opgeladen, onafhankelijk van de buitentemperatuur."

Wanneer eigenaren auto-accu's in 15 minuten kunnen opladen aan een laadstation, het tanken van elektrische voertuigen wordt bijna gelijk aan het tanken van benzine in de tijd die het kost. Ervan uitgaande dat laadstations ruim zijn geplaatst, bestuurders kunnen hun "bereikangst" verliezen en zonder zorgen lange afstanden rijden.

Eerder, de onderzoekers ontwikkelden een batterij die zichzelf kon opwarmen om stroomverbruik onder het vriespunt te voorkomen. Nutsvoorzieningen, hetzelfde principe wordt toegepast op batterijen om 15 minuten snel opladen bij alle temperaturen mogelijk te maken, zelfs zo laag als min 45 graden F.

De zelfverwarmende batterij maakt gebruik van een dunne nikkelfolie waarvan het ene uiteinde is bevestigd aan de negatieve pool en het andere uiteinde buiten de cel om een ​​derde pool te creëren. Een temperatuursensor die aan een schakelaar is bevestigd, zorgt ervoor dat elektronen door de nikkelfolie stromen om het circuit te voltooien wanneer de temperatuur lager is dan kamertemperatuur. Hierdoor warmt de nikkelfolie door weerstandsverwarming snel op en warmt de binnenkant van de batterij op. Zodra de interne temperatuur van de batterij hoger is dan kamertemperatuur, de schakelaar draait open en de elektrische stroom stroomt de batterij in om deze snel op te laden. "Een uniek kenmerk van onze cel is dat deze de verwarming doet en vervolgens automatisch overschakelt op opladen, " zei Chao-Yang Wang, Willem E.

Diefenderfer Leerstoel Werktuigbouwkunde, hoogleraar chemische technologie en hoogleraar materiaalkunde en techniek, en directeur van het Electrochemical Engine Center. "Ook, de stations die er al zijn hoeven niet te worden gewijzigd. Controle uit verwarming en opladen is binnen de batterij, niet de opladers."

De onderzoekers rapporteren de resultaten van hun prototypetests in de editie van deze week van de Proceedings van de National Academy of Sciences . Ze ontdekten dat hun zelfopwarmende batterij bestand was tegen 4, 500 cycli van 15 minuten opladen bij 32 graden F met slechts 20 procent capaciteitsverlies. Dit levert ongeveer 280, 000 mijl rijden en een levensduur van 12,5 jaar, langer dan de meeste garanties.

Een conventionele batterij die onder dezelfde omstandigheden werd getest, verloor 20 procent capaciteit in 50 oplaadcycli.

Lithium-ionbatterijen degraderen wanneer ze snel worden opgeladen onder 50 graden F, omdat, in plaats van dat de lithiumionen soepel integreren met de koolstofanoden, het lithium zet zich in pieken af ​​op het anodeoppervlak. Deze lithiumplating vermindert de celcapaciteit, maar kan ook elektrische pieken en onveilige batterijomstandigheden veroorzaken. Momenteel, lang, langzaam opladen is de enige manier om lithiumplating onder 50 graden F te voorkomen.

Batterijen verwarmd boven de lithiumplatingdrempel, hetzij door omgevingstemperatuur of door interne verwarming, zal geen lithiumplating vertonen en zal geen capaciteit verliezen.

"Deze alomtegenwoordige snellaadmethode zal fabrikanten ook in staat stellen kleinere batterijen te gebruiken die lichter en ook veiliger zijn in een voertuig, " zei Wang.