Rápido

Las baterías estándar de los vehículos eléctricos pueden recargar gran parte de su autonomía en solo 10 minutos con la adición de una fina lámina de níquel en su interior, según un nuevo estudio. Esto podría proporcionar una alternativa bienvenida y económicamente atractiva a los costosos vehículos eléctricos que llevan paquetes de baterías masivos y enormemente costosos.

Si las opciones de carga más rápida estuvieran disponibles, lo que permitiría que el precio de etiqueta del EV cayera sustancialmente, algunos investigadores sospechan que la fobia de los consumidores a los EV y el dogma de la industria contra la "ansiedad por el alcance" podrían superarse.

Por ejemplo, un EV convencional de largo alcance con un paquete de 120 kilovatios-hora que requiere una hora para recargarse podría reemplazarse con un EV con un paquete de 60 kWh capaz de carga rápida de 10 minutos y conservando un tiempo de viaje muy similar durante viajes de larga distancia.

"Las baterías de iones de litio pueden ser muy estables y seguras a temperaturas elevadas con un simple ajuste de los materiales de la batería; [y] las temperaturas elevadas nos brindan una capacidad de carga rápida".—Chao-Yang Wang, Penn State

En el nuevo estudio, los investigadores experimentaron con una batería de iones de litio con un alcance de aproximadamente 560 kilómetros cuando estaba completamente cargada. (La densidad de energía de la batería era de 265 vatios-hora por kilogramo). Al agregar una lámina de níquel ultradelgada en su interior, podían recargarla al 70 por ciento en 11 minutos para un rango de aproximadamente 400 km, y al 75 por ciento en 12 minutos. para un rango de aproximadamente 440 km.

"Nuestra tecnología permite implementar baterías más pequeñas y de carga más rápida para la adopción masiva de automóviles eléctricos asequibles", dice el autor principal del estudio, Chao-Yang Wang, ingeniero de baterías de la Universidad Estatal de Pensilvania. "Cuando usamos 200 millas por carga, podemos parar e ir al baño, y 10 minutos más tarde el vehículo está recargado y listo para otras 200 millas de viaje. Así que no hay ansiedad por alcance de esta manera".

En 2016, Wang y sus colegas agregaron láminas de níquel a los interiores de las baterías de iones de litio para calentarlas y ayudarlas a funcionar mejor en el frío helado. En el nuevo estudio, usaron papel de níquel de manera similar para calentar las baterías de los vehículos eléctricos y aumentar su rendimiento, una estrategia que también siguieron en 2021 para las baterías de los autos voladores eléctricos.

"Las baterías de iones de litio convencionales se desarrollan para dispositivos electrónicos portátiles, por lo que los científicos y desarrolladores tienen mucho miedo al calor", dice Wang. "Fuimos en contra de esta mentalidad tradicional".

Las baterías funcionan mejor cuando están calientes, pero no demasiado. Mantener las baterías constantemente a la temperatura adecuada ha sido un gran desafío para los ingenieros de baterías. En el pasado, dependían de voluminosos sistemas externos de calefacción y refrigeración para regular la temperatura de la batería, que responden lentamente y desperdician mucha energía, dice Wang.

"Nuestro trabajo mejora tres veces el estado actual del arte".—Chao-Yang Wang, Penn State

En el nuevo estudio, los científicos regularon las temperaturas de las baterías desde el interior de las baterías utilizando láminas de níquel. "Necesitábamos una forma sencilla de llevar la batería a una temperatura elevada muy rápidamente, en un minuto, ya que la carga rápida solo dura 10 minutos", dice Wang. "Resultó que inventamos una lámina de calentamiento interno en nuestro trabajo anterior sobre baterías autocalentables".

Con todo, encontraron que "las baterías de iones de litio pueden ser muy estables y seguras a temperaturas elevadas con un simple ajuste de los materiales de la batería", dice Wang. Esto les permitió "disfrutar del beneficio adicional de que las temperaturas elevadas nos brindan la capacidad de carga rápida".

La batería duró más de 900 ciclos cuando se cargó al 75 por ciento, para un alcance de aproximadamente 402,000 km, y aproximadamente 2,000 ciclos cuando se cargó al 70 por ciento, para un alcance de aproximadamente 804,000 km, o 500,000 millas. Con todo, entonces, este rendimiento es equivalente a un rango de medio millón de millas en el que cada carga es una carga rápida, dicen.

Los científicos señalan que su trabajo "es bastante diferente de los autos eléctricos actuales que reclaman 100 o 150 millas después de 10 minutos de carga porque estos autos generalmente tienen un rango de crucero de 600 millas, por lo que llenar la energía para 150 millas es esencialmente igual a cargar al 25 por ciento, "Wang dice. "Nuestro trabajo mejora tres veces el estado actual del arte".

Estos hallazgos se producen cuando California, el mercado de automóviles más grande de los Estados Unidos, tiene como objetivo retirar efectivamente el motor de combustión interna para 2035. La nueva tecnología de carga rápida funciona para la mayoría de las baterías de alta densidad de energía y permite el uso de vehículos eléctricos con energía relativamente pequeña. , baterías baratas que, sin embargo, pueden evitar la ansiedad por el alcance debido a la carga rápida, dice Wang.

El laboratorio de Wang se asoció con la startup EC Power para desarrollar la tecnología. La compañía ahora está trabajando para fabricar y comercializar la batería de carga rápida.

En el futuro, "nos gustaría lograr cargar baterías de ultra alta densidad de energía al 80 por ciento en 5 minutos. Esto brindará a los consumidores una experiencia similar a la de cargar gasolina", dice Wang. "Creemos que hemos sentado las bases científicas para este objetivo final, y lo que queda es afinar materiales más estables y nuestra estrategia de modulación térmica".

Los científicos detallaron sus hallazgos en línea el 12 de octubre en la revista Nature.