Un gran avance en el diseño de baterías de vehículos eléctricos ha permitido un tiempo de carga de 10 minutos para una batería EV típica. La combinación récord de un tiempo de carga más corto y más energía adquirida para un rango de viaje más largo se anunció esta semana pasada en la revista Nature .
“La necesidad de baterías más pequeñas y de carga más rápida es mayor que nunca”, dijo Chao-Yang Wang, profesor de ingeniería mecánica William E. Diefenderfer en Penn State y autor principal del estudio. “Simplemente no hay suficientes baterías y materias primas críticas, especialmente aquellas producidas en el país, para satisfacer la demanda anticipada”.
En agosto, la Junta de Recursos del Aire de California aprobó un amplio plan para restringir y finalmente prohibir la venta de automóviles a gasolina dentro del estado. Para 2035, el mercado automotriz más grande de los Estados Unidos retirará efectivamente el motor de combustión interna.
Si las ventas de automóviles nuevos van a cambiar a vehículos eléctricos (EV) que funcionan con baterías, explicó Wang, deberán superar dos inconvenientes principales: son demasiado lentos para recargarse y demasiado grandes para ser eficientes y asequibles. En lugar de tomar unos minutos en la bomba de gasolina, dependiendo de la batería, algunos vehículos eléctricos pueden tardar todo el día en recargarse.
Carga rápida
“Nuestra tecnología de carga rápida funciona para la mayoría de las baterías de alta densidad energética y abrirá una nueva posibilidad de reducir el tamaño de las baterías de los vehículos eléctricos de 150 a 50 kWh sin que los conductores sientan ansiedad por la autonomía”, dijo Wang, cuyo laboratorio se asoció con la empresa emergente EC Power para desarrollar la tecnología.
“Las baterías más pequeñas y de carga más rápida reducirán drásticamente el costo de la batería y el uso de materias primas críticas como el cobalto, el grafito y el litio, lo que permitirá la adopción masiva de automóviles eléctricos asequibles”.
La tecnología se basa en la modulación térmica interna, un método activo de control de temperatura para exigir el mejor rendimiento posible de la batería, explicó Wang. Las baterías funcionan de manera más eficiente cuando están calientes, pero no demasiado. Mantener las baterías constantemente a la temperatura correcta ha sido un gran desafío para los ingenieros de baterías. Históricamente, se han basado en sistemas de calefacción y refrigeración externos y voluminosos para regular la temperatura de la batería, que responden lentamente y desperdician mucha energía, dijo Wang.
Cómo funciona
Wang y su equipo decidieron, en cambio, regular la temperatura desde el interior de la batería. Los investigadores desarrollaron una nueva estructura de batería que agrega una lámina de níquel ultrafina como cuarto componente además del ánodo, el electrolito y el cátodo. Actuando como un estímulo, la lámina de níquel autorregula la temperatura y la reactividad de la batería, lo que permite una carga rápida de 10 minutos en casi cualquier batería EV, explicó Wang.
“Las verdaderas baterías de carga rápida tendrían un impacto inmediato”, escriben los investigadores. “Dado que no hay suficientes minerales en bruto para que cada automóvil con motor de combustión interna sea reemplazado por un EV equipado con 150 kWh, la carga rápida es imperativa para que los EV se generalicen”.
El socio del estudio, EC Power, está trabajando para fabricar y comercializar la batería de carga rápida para un futuro asequible y sostenible de electrificación de vehículos, dijo Wang.
Los otros coautores del estudio son Teng Liu, Xiao-Guang Yang, Shanhai Ge y Yongjun Leng de Penn State y Nathaniel Stanley, Eric Rountree y Brian McCarthy de EC Power.
El trabajo fue apoyado por el Departamento de Energía de EE. UU., el Departamento de Defensa de EE. UU., la Fuerza Aérea de EE. UU. y William E. Diefenderfer Endowment.
Pastor Gamboa
22/10/2022