Une batterie lithium-ion qui s’autochauffe lorsque la température ambiante descend en dessous de 0°C pourrait trouver de multiples applications, dont une concerne directement l’angoisse de la panne d’énergie pour les propriétaires de véhicules électriques, a indiqué une équipe de chercheurs de Penn State et d’EC Power.
"Depuis longtemps, nous savons que les batteries fonctionnent mal à des températures inférieures à zéro", a déclaré Chao-Yang Wang, William E., professeur d’ingénierie et de sciences des matériaux et directeur au Centre électrochimique des moteurs. "Cela peut ne pas être un problème pour les téléphones et les ordinateurs portables, mais il reste un énorme obstacle pour les véhicules électriques, les drones, les robots et les applications spatiales."
Les batteries classiques souffrent d’une chute de puissance à des températures inférieures à zéro °C, ce qui conduit à ralentir le délai de chargement par temps froid, à restreindre le freinage par récupération d’énergie et à réduire l’autonomie sur route du véhicule de plus de 40%, ont tenu à préciser les chercheurs dans la revue Nature. Ces problèmes nécessitent généralement des batteries plus volumineuses et donc plus chères afin de compenser la perte d’énergie.
"Nous ne voulons pas voir de voitures électriques perdre de 40 à 50% de leur autonomie par temps glacial tel que l’a précisée l’American Automobile Association et nous ne voulons pas que le froid exacerbe l’angoisse de la panne d’énergie", a ajouté Wang. "Dans des hivers froids, la panne d’énergie reste la dernière chose dont nous avons besoin."
En se basant sur les brevets d’EC Power, les chercheurs ont développé une batterie tout-temps qui pèse seulement 1,5% de plus et dont le coût dépasse de 0,04%, la batterie de base. Ils l’ont également conçue pour passer de -20°C à 0°C en 20 secondes, et de -30°C à 0°C en 30 secondes en ne faisant consommer respectivement que 3,8% et 5,5% de la capacité de la batterie. Ces valeurs sont plus acceptables que la perte des 40% pour des batteries lithium-ion classiques.
Techniquement, la batterie tout-temps utilise une feuille de nickel d’une épaisseur de 50 micromètres avec une extrémité fixée à la borne négative tandis que l’autre s’étend à l’extérieur (de la batterie) afin de créer une troisième borne. Un capteur de température fixé à un commutateur oblige alors les électrons à circuler à travers la feuille de nickel qui se met à chauffer rapidement. La chaleur se diffuse alors à l’intérieur de la batterie. Une fois que la batterie est à 0°C, le commutateur est désactivé et le courant électrique circule normalement.
Bien que d’autres matériaux pourraient également servir d’élément de chauffage par résistance, le nickel reste une matériau peu coûteux et fonctionne bien.
"Par la suite, nous voudrions élargir les travaux à un nouveau paradigme appelé SmartBattery", a conclu Wang. "Nous pensons pouvoir utiliser des structures ou des principes similaires pour réguler activement la sécurité, la performance et la durée de vie de la batterie."
