Una batería de iones de litio segura tiene alta potencia y puede durar 1 millón de millas ha sido desarrollado por un equipo en el Centro de Tecnología de Almacenamiento de Energía y Batería (BEST) de Penn State.

Las baterías de vehículos eléctricos normalmente requieren un compromiso entre seguridad y densidad de energía. Si la batería tiene alta densidad de energía y potencia, que se requiere para conducir cuesta arriba o incorporarse a la autopista, entonces existe la posibilidad de que la batería se incendie o explote en condiciones inadecuadas. Pero los materiales que tienen baja densidad de energía / potencia, y por lo tanto alta seguridad, tienden a tener un rendimiento deficiente. No hay material que satisfaga a ambos. Por esta razón, los ingenieros de baterías optan por el rendimiento por encima de la seguridad.

"En este trabajo decidimos que íbamos a adoptar un enfoque totalmente diferente, "dijo Chao-Yang Wang, profesor de mecánica, ciencia e ingeniería química y de los materiales, y la Cátedra William E. Diefenderfer de Ingeniería Mecánica, Penn State. "Dividimos nuestra estrategia en dos pasos. Primero, queríamos construir una batería altamente estable con materiales altamente estables".

Su segundo paso fue introducir el calentamiento instantáneo. Hace unos cuatro años, Wang desarrolló una batería que se calienta automáticamente para superar el problema del bajo rendimiento en climas fríos. La batería utiliza una corriente eléctrica para calentarse en segundos en comparación con las horas que requiere un calentador externo. Al calentar la batería desde la temperatura ambiente a unos 140 grados Fahrenheit (60 grados Celsius), la batería obtiene un impulso instantáneo en la reactividad porque la ley de la cinética es que la reactividad aumenta exponencialmente con la temperatura.

"Con estos dos pasos puedo obtener una alta seguridad cuando la batería no se está utilizando y una alta potencia cuando lo está, " él dijo.

La batería de autocalentamiento, llamada batería All Climate, ha sido adoptado por varias empresas de automóviles, incluyendo BMW, y fue elegido para impulsar una flota de 10, 000 vehículos que se utilizarán para transportar personas entre las sedes de los próximos Juegos Olímpicos de Invierno en Beijing.

El BEST Center prueba la seguridad de la batería utilizando un equipo de penetración de clavos. Conducen el clavo hacia la celda provocando un cortocircuito. Luego controlan la temperatura y el voltaje de la celda. La diferencia de temperatura para la celda pasivada fue de 212 grados F (100 grados C) en comparación con una celda de batería estándar que era de 1, 832 grados F — 1000 grados C, una enorme mejora.

Debido a que sus baterías están construidas con materiales estables, tienen un ciclo de vida largo. Incluso a 140 grados F, su número de ciclo es superior a 4000, lo que se traduce en más de un millón de millas.

El próximo proyecto del equipo será desarrollar una batería de estado sólido, que probablemente también requiera calefacción.

El trabajo actual aparece en la revista. Avances de la ciencia y se titula "Un nuevo enfoque tanto para la seguridad como para el alto rendimiento de las baterías de iones de litio". Los coautores de Wang son los profesores asistentes de investigación Shanhai Ge, Yongjun Leng y Xiao-Guang Yang, y estudiantes de doctorado Teng Liu, Ryan Longchamps, Yue Gao y Daiwei Wang. Donghai Wang, profesor de ingeniería mecánica y química, Penn State, también participó en este trabajo.