Se trata de un dispositivo que funciona con iones de litio que permite una autonomía de 300 kilómetros a un coche eléctrico
Teorema Ambiental/Redacción
Ciudad de México, 23 de diciembre de 2019.— Científicos de la Universidad Estatal de Pensilvania diseñaron un nuevo concepto de batería de iones de litio que carga a temperatura elevada para aumentar la velocidad de reacción a solo diez minutos y mantiene una autonomía de un auto eléctrico de 300 kilómetros.
El detalle de este invento fue publicado en la revista Joule y explica que este diseño es una estrategia potencial para permitir que los autos completamente eléctricos tengan suficiente autonomía para llegar a un destino de manera segura sin detenerse a mitad del viaje.
Este nuevo dispositivo recibe una velocidad de carga de 400 kilovatios de energía, algo que ninguna otra batería de uso automotriz puede hacer pues corren el riesgo de que desarrolle el enchapado con litio (formando litio metálico alrededor del ánodo), lo que deterioraría gravemente la vida útil de la batería.
Si bien las baterías de litio convencionales se cargan y descargan a la misma temperatura, los investigadores descubrieron que podían aumentar la capacidad de carga a una temperatura de 60 grados centígrados durante unos minutos y luego descargarla a temperaturas más frías.
“Además de la carga rápida, permite limitar el tiempo de exposición de la batería a la temperatura de carga elevada, generando así una vida útil muy larga”, explicó el autor principal Chao-Yang Wang, ingeniero mecánico de Penn State y agregó que “la clave es realizar un calentamiento rápido, de lo contrario la batería se mantendrá a temperaturas elevadas durante demasiado tiempo, causando una degradación severa.”
Para acortar este tiempo y calentar toda la batería a una temperatura uniforme, los científicos equiparon un diseño de batería de iones de litio con una estructura de níquel autocalentable que se precalienta en menos de 30 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.
Con esto, descubrieron que las baterías precalentadas a 60 grados podían sostener el proceso de carga extremadamente rápido durante mil 700 ciclos, mientras que la celda de control solo podía mantener el ritmo durante 60 ciclos.
Los investigadores también observaron que un aumento de la temperatura de carga redujo en gran medida el enfriamiento necesario para mantener la celda a su temperatura inicial: la batería de control generó 3.05 watts/hora, mientras que la batería de 60 grados generó solo 1.7 watts/hora.
En el pasado, se creía universalmente que las baterías de iones de litio no debían funcionar a altas temperaturas por las reacciones secundarias aceleradas, agrega el científico. Sin embargo, este descubrimiento supera con creces el impacto negativo asociado con las reacciones secundarias exacerbadas.
Los investigadores señalan que la tecnología es completamente escalable porque todas las células están basadas en electrodos disponibles industrialmente; y ya han demostrado su uso en celdas, módulos y paquetes de baterías a gran escala.
La lámina de níquel aumenta el costo de cada celda en un 0.47 por ciento, pero debido a que el diseño elimina la necesidad de los calentadores externos utilizados en los modelos actuales, en realidad reduce el costo de producción.
“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”, finaliza.
