Een lithium-ionbatterij die veilig is, heeft een hoog vermogen en kan 1 miljoen mijl meegaan, is ontwikkeld door een team in het Battery and Energy Storage Technology (BEST) Center van Penn State.

Batterijen voor elektrische voertuigen vereisen doorgaans een afweging tussen veiligheid en energiedichtheid. Als de batterij een hoge energie- en vermogensdichtheid heeft, die nodig is voor bergop rijden of invoegen op de snelweg, dan bestaat de kans dat de batterij in de verkeerde omstandigheden vlam vat of explodeert. Maar materialen met een lage energie-/vermogensdichtheid, en dus hoge veiligheid, hebben de neiging om slechte prestaties te leveren. Er is geen materiaal dat aan beide voldoet. Om die reden, batterijtechnici kiezen voor prestaties boven veiligheid.

"In dit werk hebben we besloten dat we een totaal andere aanpak zouden kiezen, " zei Chao-Yang Wang, hoogleraar mechanische, chemische en materiaalwetenschap en techniek, en William E. Diefenderfer leerstoel Werktuigbouwkunde, Penn State. "We hebben onze strategie opgedeeld in twee stappen. Eerst wilden we een zeer stabiele batterij bouwen met zeer stabiele materialen."

Hun tweede stap was het introduceren van instant verwarming. Ongeveer vier jaar geleden, Wang ontwikkelde een zelfopwarmende batterij om het probleem van slechte prestaties in koude klimaten op te lossen. De batterij gebruikt een elektrische stroom om in seconden op te warmen in vergelijking met de uren die een externe verwarming nodig heeft. Door de batterij te verwarmen van kamertemperatuur tot ongeveer 140 graden Fahrenheit - 60 graden Celsius - krijgt de batterij onmiddellijk een boost in reactiviteit omdat de wet van kinetiek is dat de reactiviteit exponentieel toeneemt met de temperatuur.

"Met deze twee stappen kan ik een hoge veiligheid krijgen wanneer de batterij niet wordt gebruikt en een hoog vermogen wanneer dat wel het geval is, " hij zei.

De zelfopwarmende batterij, genaamd de All Climate-batterij, is overgenomen door verschillende autobedrijven, inclusief BMW, en werd gekozen om een ​​vloot van 10 aan te drijven, 000 voertuigen die zullen worden gebruikt om mensen tussen locaties te vervoeren tijdens de volgende Olympische Winterspelen in Peking.

Het BEST Center test de veiligheid van de batterij met behulp van nagelpenetratieapparatuur. Ze drijven de spijker de cel in en veroorzaken kortsluiting. Vervolgens controleren ze de cel op temperatuur en spanning. Het temperatuurverschil voor de gepassiveerde cel was 212 graden F - 100 graden C - vergeleken met een standaard batterijcel die 1 was. 832 graden F-1000 graden C, een enorme verbetering.

Omdat hun batterijen zijn gemaakt van stabiele materialen, ze hebben een lange levensduur. Zelfs bij 140 graden F, hun cyclusnummer is meer dan 4000, wat zich vertaalt naar meer dan een miljoen mijl.

Het volgende project van het team is de ontwikkeling van een solid-state batterij, die waarschijnlijk ook verwarming nodig heeft.

Het huidige werk verschijnt in het journaal wetenschappelijke vooruitgang en is getiteld "Een nieuwe benadering van zowel veiligheid als hoge prestaties van lithium-ionbatterijen." Wang's co-auteurs zijn onderzoeksassistent-professoren Shanhai Ge, Yongjun Leng en Xiao-Guang Yang, en promovendi Teng Liu, Ryan Longchamps, Yue Gao en Daiwei Wang. Donghai Wang, hoogleraar mechanische en chemische technologie, Penn staat, nam ook deel aan dit werk.