UNIVERSITY PARK, Pennsylvanie – Une percée dans la conception des batteries de véhicules électriques a permis un temps de charge de 10 minutes pour une batterie de VE typique. La combinaison record d’un temps de charge plus court et de plus d’énergie acquise pour une autonomie plus longue a été annoncée aujourd’hui (12 octobre) dans le journal La nature.
“Le besoin de batteries plus petites et à chargement plus rapide est plus important que jamais”, a déclaré Chao-Yang Wang, professeur William E. Diefenderfer de génie mécanique à Penn State et auteur principal de l’étude. “Il n’y a tout simplement pas assez de batteries et de matières premières essentielles, en particulier celles produites localement, pour répondre à la demande anticipée.”
En août, l’Air Resources Board de Californie a adopté un vaste plan visant à restreindre et finalement à interdire la vente de voitures à essence dans l’État. D’ici 2035, le plus grand marché automobile des États-Unis retirera effectivement le moteur à combustion interne.
Si les ventes de voitures neuves vont passer aux véhicules électriques (VE) alimentés par batterie, a expliqué Wang, ils devront surmonter deux inconvénients majeurs : ils sont trop lents à recharger et trop volumineux pour être efficaces et abordables. Au lieu de prendre quelques minutes à la pompe à essence, selon la batterie, certains véhicules électriques peuvent prendre toute la journée pour se recharger.
“Notre technologie de charge rapide fonctionne pour la plupart des batteries à haute densité énergétique et ouvrira une nouvelle possibilité de réduire la taille des batteries de véhicules électriques de 150 à 50 kWh sans que les conducteurs ne ressentent d’anxiété d’autonomie”, a déclaré Wang, dont le laboratoire s’est associé à la startup basée au State College. Puissance CE pour développer la technologie. “Les batteries plus petites et à charge plus rapide réduiront considérablement le coût des batteries et l’utilisation de matières premières critiques telles que le cobalt, le graphite et le lithium, permettant l’adoption massive de voitures électriques abordables.”
La technologie repose sur la modulation thermique interne, une méthode active de contrôle de la température pour exiger les meilleures performances possibles de la batterie, a expliqué Wang. Les batteries fonctionnent plus efficacement lorsqu’elles sont chaudes, mais pas trop chaudes. Maintenir les batteries constamment à la bonne température a été un défi majeur pour les ingénieurs de batteries. Historiquement, ils se sont appuyés sur des systèmes de chauffage et de refroidissement externes et encombrants pour réguler la température de la batterie, qui réagissent lentement et gaspillent beaucoup d’énergie, a déclaré Wang.
Wang et son équipe ont plutôt décidé de réguler la température depuis l’intérieur de la batterie. Les chercheurs ont développé une nouvelle structure de batterie qui ajoute une feuille de nickel ultra-mince comme quatrième composant en plus de l’anode, de l’électrolyte et de la cathode. Agissant comme un stimulus, la feuille de nickel autorégule la température et la réactivité de la batterie, ce qui permet une charge rapide de 10 minutes sur à peu près n’importe quelle batterie de VE, a expliqué Wang.
“De véritables batteries à charge rapide auraient un impact immédiat”, écrivent les chercheurs. “Puisqu’il n’y a pas assez de minéraux bruts pour que chaque voiture à moteur à combustion interne soit remplacée par un VE équipé de 150 kWh, une charge rapide est impérative pour que les VE se généralisent.”
Le partenaire de l’étude, EC Power, travaille à la fabrication et à la commercialisation de la batterie à charge rapide pour un avenir abordable et durable de l’électrification des véhicules, a déclaré Wang.
Les autres coauteurs de l’étude sont Teng Liu, Xiao-Guang Yang, Shanhai Ge et Yongjun Leng de Penn State et Nathaniel Stanley, Eric Rountree et Brian McCarthy d’EC Power.
Le travail a été soutenu par le département américain de l’énergie, le département américain de la défense, l’US Air Force et la dotation William E. Diefenderfer.
