Kalifornien köper inte elfordon för att de är coola, de köper elbilar eftersom de lever i ett varmt klimat. Konventionella litiumjonbatterier kan inte laddas snabbt vid temperaturer under 50 grader Fahrenheit, men nu har ett team av Penn State-ingenjörer skapat ett batteri som kan värma sig själv, möjliggör snabb laddning oavsett yttre kyla.

"Elfordon är populära på västkusten eftersom vädret är bra, "sa Xiao-Guang Yang, biträdande forskare i maskinteknik, Penn State. "När du flyttar dem till östkusten eller Kanada, då finns det en enorm fråga. Vi visade att batterierna kan laddas snabbt oberoende av utomhustemperatur. "

När ägare kan ladda bilbatterier på 15 minuter vid en laddstation, tankning av elfordon blir nästan likvärdig med bensintankning under den tid det tar. Under förutsättning att laddstationer är liberalt placerade, förare kan tappa sin "räckviddsångest" och köra långa sträckor utan bekymmer.

Tidigare, forskarna utvecklade ett batteri som kunde värma sig själv för att undvika underfrysning av strömavbrott. Nu, samma princip tillämpas på batterier för att möjliggöra 15 minuters snabb laddning vid alla temperaturer, till och med så lågt som minus 45 grader F.

Det självuppvärmande batteriet använder en tunn nickelfolie med ena änden fäst vid den negativa terminalen och den andra sträcker sig utanför cellen för att skapa en tredje terminal. En temperatursensor ansluten till en omkopplare får elektroner att flöda genom nickelfolie för att slutföra kretsen när temperaturen är under rumstemperatur. Detta värmer snabbt upp nickelfolien genom motståndsuppvärmning och värmer insidan av batteriet. När batteriets inre temperatur är över rumstemperatur, omkopplaren öppnas och den elektriska strömmen rinner in i batteriet för att snabbt ladda det. "En unik egenskap hos vår cell är att den klarar uppvärmningen och sedan går över till laddning automatiskt, "sa Chao-Yang Wang, William E.

Diefenderfer Ordförande i maskinteknik, professor i kemiteknik och professor i materialvetenskap och teknik, och chef för Elektrokemisk motorcenter. "Också, de stationer som redan finns där ute behöver inte ändras. Stäng av uppvärmning och laddning i batteriet, inte laddarna. "

Forskarna rapporterar resultaten av deras prototyptestning i veckans upplaga av Förfaranden från National Academy of Sciences . De fann att deras självuppvärmande batteri tål 4, 500 cykler med 15 minuters laddning vid 32 grader F med bara 20 procents kapacitetsförlust. Detta ger cirka 280, 000 mil körning och en livstid på 12,5 år, längre än de flesta garantier.

Ett konventionellt batteri testat under samma förhållanden förlorade 20 procents kapacitet på 50 laddningscykler.

Litiumjonbatterier försämras när de laddas snabbt under 50 grader F eftersom, snarare än att litiumjonerna smidigt integreras med kolanoderna, litiumavsättningarna i spikar på anodytan. Denna litiumplätering minskar cellkapaciteten, men kan också orsaka elektriska spikar och osäkra batteriförhållanden. För närvarande, lång, långsam laddning är det enda sättet att undvika litiumplätering under 50 grader F.

Batterier uppvärmda över litiumpläteringsgränsen, antingen genom omgivningstemperatur eller genom intern uppvärmning, kommer inte att uppvisa litiumplätering och kommer inte att förlora kapacitet.

"Denna allestädes närvarande snabbladdningsmetod kommer också att tillåta tillverkare att använda mindre batterier som är lättare och säkrare i ett fordon, sa Wang.