Nuevos diseños de baterías de litio desafían la temperatura para hacer la carga rápida.
Con el boom de los autos eléctricos a la vuelta de la esquina, investigadores trabajan a contrarreloj para encontrar soluciones que permitan que el cambio del motor de combustión a las nuevas formas de movilidad se haga con la menor fricción posible.
El reto a vencer es: la carga rápida.
Las baterías de litio convencionales se cargan y descargan a una misma temperatura.
Si se cargan rápidamente a temperaturas ambiente inferiores a 10 grados, este tipo de baterías se degradan.
El comportamiento de los iones de litio cambia y acaban apilados en la superficie de los ánodos de carbono generando un revestimiento que reduce la capacidad de la celda.
Por el contrario, cargar las baterías en caliente mejora su eficiencia y se cargan más rápido, pero la evidencia nos dice que someter a las baterías a largos periodos de calor también acaba por degradarlas.
Carga a temperatura elevada
Científicos de la Universidad Estatal de Pensilvania, en Estados Unidos, desarrollaron una batería de iones de litio que se carga a una temperatura elevada para aumentar la velocidad de reacción, pero mantiene la celda fría durante la descarga, lo que permite la posibilidad de agregar entre 300 y 500 kilómetros de autonomía a un coche eléctrico en 10 minutos, según publican en la revista Joule.
«Y podemos hacer esto manteniendo 2.500 ciclos de carga, o el equivalente a medio millón de millas de viaje».
“Además de la carga rápida, este diseño nos permite limitar el tiempo de exposición de la batería a la temperatura de carga elevada, generando así una vida útil muy larga -explica el autor principal Chao-Yang Wang, ingeniero mecánico de la Universidad Penn State-. La clave es realizar un calentamiento rápido, de lo contrario la batería se mantendrá a temperaturas elevadas durante demasiado tiempo, causando una degradación severa”.
Niquel autocalentable
Para acortar el tiempo de calentamiento y calentar toda la batería a una temperatura uniforme, Wang y sus colegas equiparon un diseño de batería de iones de litio con una estructura de níquel autocalentable que se precalienta en menos de treinta segundos.
Para probar su modelo, cargaron tres celdas de bolsa de grafito diseñadas para vehículos eléctricos híbridos a 40, 49 y 60 grados centígrados, así como un control a 20 grados centígrados, utilizando diversas estrategias de enfriamiento para mantener temperaturas de carga constantes. Para confirmar que no se produjo el recubrimiento de litio, más tarde descargaron completamente las células y las abrieron para su análisis.
Lo importante era, encontrar un diseño de batería que permitiera hacer esas dos cosas lo suficientemente rápido.
En su modelo, publicado en Joule, la batería está equipada con una estructura de níquel autocalentable que alcanza la temperatura deseada en menos de treinta segundos.
Más tarde, el sistema de refrigeración integrado en el automóvil ayuda a recuperar una temperatura adecuada para su uso en temperaturas estándar.
A partir de ahora, el equipo de Wang planea llevar su diseño un paso más allá. “Estamos trabajando para cargar una batería de vehículo eléctrico de alta densidad energética en cinco minutos sin dañarla. Esto requerirá electrolitos altamente estables y materiales activos además de la estructura de autocalentamiento que hemos inventado”.
Fuente: Science direct
