La capa de calentamiento ayuda a cargar la batería de cualquier vehículo eléctrico en solo 10 minutos

Crédito: Penn State/EC Power.

Aunque nadie puede predecir con certeza qué usará exactamente la gente para conducir por las carreteras dentro de décadas, esto es cierto: los autos a gasolina están saliendo y los vehículos eléctricos están entrando. Eso es bastante transparente para la mayoría de las personas, sin embargo, la adopción es lenta debido a dos cuellos de botella principales: costo y conveniencia.

Tanto el precio más alto de los vehículos eléctricos como el mayor tiempo de recarga en comparación con los vehículos que consumen mucha gasolina pueden atribuirse a las baterías, pero un simple ajuste de diseño podría resolver estos problemas con un doble golpe.

“La necesidad de baterías más pequeñas y de carga más rápida es mayor que nunca”, dijo Chao-Yang Wang, profesor de ingeniería mecánica 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”.

Wang y sus colegas exprimieron al máximo el rendimiento de las baterías de iones de litio a través de la termorregulación porque las baterías se cargan de manera óptima cuando están calientes. Eso no es un secreto para los fabricantes de automóviles, pero el desafío radica en el sistema de calefacción y refrigeración, que tiende a ser voluminoso y pesado. Todo ese peso adicional y consumo de energía solo han generado ganancias netas marginales en autonomía.

Sin embargo, los investigadores de Penn State han tomado una ruta diferente, regulando la temperatura desde el interior de la batería en lugar de depender de un sistema externo. Agregaron una lámina ultrafina de níquel de unos pocos micrómetros de espesor justo al lado del ánodo, el electrolito y el cátodo. La hoja de níquel actúa como un elemento calefactor, calentando la celda de la batería hasta 65 °C (149 °F) en aproximadamente un minuto. Una vez cargada, la batería se enfría rápidamente a temperatura ambiente poco después de desenchufarla.

Este único elemento de diseño permitió a los investigadores lograr una carga rápida de 10 minutos para casi cualquier tipo de batería EV. Por ejemplo, una batería de 265 kWh se cargó al 70 % en 11 minutos.

Y dado que las baterías se pueden cargar más rápido, la lámina delgada como un níquel podría permitir que los vehículos eléctricos funcionen con baterías mucho más pequeñas. El coste medio de la batería de un coche eléctrico está entre el 30% y el 57% del valor total del vehículo.

“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.

La idea es tener vehículos eléctricos más baratos con baterías más pequeñas. Por supuesto, su alcance disminuirá proporcionalmente con la reducción de la densidad de energía, pero la pérdida de autonomía se compensa con tiempos de carga mucho más rápidos, y dado que algunos autos eléctricos ya tienen alcances más largos que los autos de gasolina, hay cierto margen de maniobra con el que puede trabajar en este final. En general, esto mejoraría la autonomía general y serviría para curar la ansiedad por el rango que actualmente mantiene alejados a muchos compradores que están indecisos. Por supuesto, también puede comprar baterías de alta densidad con cientos de millas de alcance, pero pagar la prima.

“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”.

Penn State se asoció con una empresa nueva llamada EC Power que surgió del campus para desarrollar comercialmente esta tecnología.

Los hallazgos fueron publicados en la revista Naturaleza.