Las nuevas baterías resistentes a la temperatura podrían significar que los vehículos eléctricos podrán resistir mejor el frío y el calor extremos y, en última instancia, viajar más tiempo con una sola carga.
Investigadores de la Universidad de California en San Diego han creado baterías de iones de litio que funcionan bien en temperaturas bajo cero y abrasadoras.
Utilizaron un electrolito especial resistente a la temperatura, la sustancia de una batería que permite que fluya la corriente eléctrica.
Si se introducen en la producción de vehículos eléctricos, las baterías podrían permitir que los vehículos eléctricos en climas fríos viajen más lejos con una sola carga.
También podrían reducir la necesidad de costosos sistemas de enfriamiento para evitar que las baterías de los vehículos se sobrecalienten en climas cálidos.
Ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado baterías de iones de litio que funcionan bien en temperaturas bajo cero y abrasadoras. Estas baterías podrían permitir que los vehículos eléctricos en climas fríos viajen más lejos con una sola carga. También podrían reducir la necesidad de sistemas de refrigeración para evitar que las baterías de los vehículos se sobrecalienten en climas cálidos (imagen de archivo)
Actualmente, las temperaturas demasiado calientes o demasiado frías pueden afectar negativamente el rendimiento de las baterías de los vehículos eléctricos, por ejemplo, al disminuir la velocidad de carga y reducir la distancia que los vehículos pueden recorrer antes de necesitar una recarga.
La peur d’un conducteur de manquer de charge avant de parvenir à se rendre à une autre borne de recharge est connue sous le nom d’« anxiété d’autonomie » et a été considérée comme un obstacle à l’adoption massive de véhicules électriques respetuoso con el medio ambiente.
«Se necesita una operación a alta temperatura en áreas donde la temperatura ambiente puede alcanzar los tres dígitos y las carreteras se calientan aún más», dijo el profesor Zheng Chen de la Escuela de Ingeniería UC San Diego Jacobs.
“En los vehículos eléctricos, los paquetes de baterías suelen estar debajo del piso, cerca de esas carreteras calientes.
“Además, las baterías se calientan simplemente porque la corriente fluye a través de ellas durante el funcionamiento. Si las baterías no pueden soportar este calentamiento a alta temperatura, su rendimiento se degradará rápidamente.
Las baterías tienen tres componentes principales: el ánodo, el cátodo y el electrolito.
El electrolito (generalmente un químico, en forma de líquido o pasta) separa el ánodo y el cátodo y mueve el flujo de carga eléctrica entre los dos.
Las baterías de iones de litio mueven los iones de litio del cátodo al ánodo durante la carga.
Las baterías desarrolladas por Chen y sus colegas resisten tanto el frío como el calor gracias a su electrolito, una solución líquida de éter dibutílico mezclada con una sal de litio.
La peculiaridad del dibutil éter es que sus moléculas se unen débilmente a los iones de litio, lo que significa que las moléculas de electrolito pueden liberar fácilmente iones de litio cuando la batería está funcionando.
Esta interacción de bajo peso molecular mejora el rendimiento de la batería a temperaturas bajo cero.
Las baterías de iones de litio contienen dos electrodos, uno de litio (cátodo) y otro de carbono (ánodo), sumergidos en un líquido o pasta llamado electrolito. Cuando la batería está cargada, los electrones que estaban unidos a los iones pasan a través de un circuito, alimentando un dispositivo.
Además, el éter dibutílico puede soportar fácilmente el calor porque permanece líquido a altas temperaturas: tiene un punto de ebullición de 286 °F o 141 °C.
En las pruebas, las baterías de prueba de concepto retuvieron el 87,5 % y el 115,9 % de su capacidad energética a -40 °C y 50 °C (-40 °F y 122 °F), respectivamente.
Las nuevas baterías también exhibieron altas «eficiencias de Coulomb» de 98,2% y 98,7% a estas temperaturas, respectivamente, lo que significa que pueden soportar más ciclos de carga y descarga antes de fallar.
Los investigadores dicen que su electrolito también es compatible con una batería de litio-azufre, un tipo de batería recargable que tiene un ánodo de metal de litio y un cátodo de azufre.
Las baterías de litio-azufre pueden almacenar hasta el doble de energía por kilogramo que las baterías de iones de litio actuales, lo que podría duplicar potencialmente la autonomía de los vehículos eléctricos sin aumentar el peso de la batería.
La mayoría de los automóviles eléctricos funcionan con baterías de iones de litio, que se cargan y descargan mediante el movimiento de iones de litio entre los electrodos negativo (ánodo) y positivo (cátodo). En la imagen, los coches eléctricos se están cargando en Mosjøen, Noruega.
Sin embargo, las baterías de litio-azufre tienen algunos problemas que actualmente dificultan su comercialización, como la capacidad de respuesta, especialmente a altas temperaturas.
Además, los ánodos de metal de litio son susceptibles de formar estructuras similares a agujas llamadas dendritas que pueden perforar partes de la batería y provocar un cortocircuito.
Como resultado, las baterías de litio-azufre solo duran decenas de ciclos.
El electrolito de éter dibutílico desarrollado por el equipo de UC San Diego evita estos problemas, incluso a temperaturas altas y bajas.
Las baterías que probaron tenían una vida más larga (la cantidad de ciclos de carga y descarga que pueden atravesar antes de perder rendimiento) que una batería típica de litio y azufre.
El equipo también diseñó el cátodo de azufre para que fuera más estable al injertarlo en un polímero, lo que evitó que se disolviera más azufre en el electrolito.
En futuras investigaciones, el equipo planea aumentar la química de la batería, ejecutarla a temperaturas aún más altas y extender aún más el ciclo de vida.
Describieron sus baterías resistentes a la temperatura en un artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences.
