Estas baterías cargadas de energía funcionan bien en condiciones de frío y calor extremos
Estas baterías podrían permitir a los vehículos eléctricos de climas fríos viajar más lejos con una sola carga
Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado unas baterías de iones de litio que funcionan bien a temperaturas gélidas y abrasadoras, a la vez que contienen una gran cantidad de energía. Los investigadores lograron esta hazaña desarrollando un electrolito que no sólo es versátil y robusto en un amplio rango de temperaturas, sino que también es compatible con un ánodo y un cátodo de alta energía.
Según Zheng Chen, profesor de nanoingeniería de la Escuela de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California en San Diego y autor principal del estudio, estas baterías podrían permitir a los vehículos eléctricos viajar más lejos con una sola carga y reducir la necesidad de sistemas de refrigeración para evitar el sobrecalentamiento de las baterías de los vehículos en climas cálidos.
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Las baterías resistentes a la temperatura se describen en un artículo publicado la semana del 4 de julio en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Según Zheng Chen, profesor de nanoingeniería de la Escuela de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California en San Diego y autor principal del estudio, estas baterías podrían permitir a los vehículos eléctricos de climas fríos viajar más lejos con una sola carga y reducir la necesidad de sistemas de refrigeración para evitar el sobrecalentamiento de las baterías de los vehículos en climas cálidos.
"Se necesita un funcionamiento a alta temperatura en zonas donde la temperatura ambiente puede alcanzar los tres dígitos y las carreteras se calientan aún más. En los vehículos eléctricos, los paquetes de baterías suelen estar bajo el suelo, cerca de estas calurosas carreteras", explicó Chen, que también es miembro de la facultad del Centro de Energía y Energía Sostenible de la UC San Diego. "Además, las baterías se calientan por el simple hecho de recibir corriente durante su funcionamiento. Si las baterías no pueden tolerar este calentamiento a alta temperatura, su rendimiento se degradará rápidamente".
En las pruebas, las baterías de prueba conservaron el 87,5% y el 115,9% de su capacidad energética a -40 y 50 C (-40 y 122 F), respectivamente. También tuvieron una alta eficiencia culombiana del 98,2% y el 98,7% a estas temperaturas, respectivamente, lo que significa que las baterías pueden someterse a más ciclos de carga y descarga antes de dejar de funcionar.
Las baterías desarrolladas por Chen y sus colegas toleran tanto el frío como el calor gracias a su electrolito. Está compuesto por una solución líquida de éter de dibutilo mezclada con una sal de litio. Una característica especial del éter de dibutilo es que sus moléculas se unen débilmente a los iones de litio. En otras palabras, las moléculas del electrolito pueden desprenderse fácilmente de los iones de litio mientras la batería funciona. Esta débil interacción molecular, según descubrieron los investigadores en un estudio anterior, mejora el rendimiento de la batería a temperaturas bajo cero. Además, el éter dibutílico puede soportar fácilmente el calor porque permanece líquido a altas temperaturas (tiene un punto de ebullición de 141 C, o 286 F).
Estabilización de la química del litio-azufre
Lo que también es especial de este electrolito es que es compatible con una batería de litio-azufre, que es un tipo de batería recargable que tiene un ánodo de metal de litio y un cátodo de azufre. Las baterías de litio-azufre son una parte esencial de las tecnologías de baterías de próxima generación porque prometen mayores densidades de energía y menores costes. Pueden almacenar hasta dos veces más energía por kilogramo que las actuales baterías de iones de litio, lo que podría duplicar la autonomía de los vehículos eléctricos sin aumentar el peso del paquete de baterías. Además, el azufre es más abundante y menos problemático de obtener que el cobalto utilizado en los cátodos de las baterías de iones de litio tradicionales.
Pero las baterías de litio-azufre tienen problemas. Tanto el cátodo como el ánodo son superreactivos. Los cátodos de azufre son tan reactivos que se disuelven durante el funcionamiento de la batería. Este problema empeora a altas temperaturas. Y los ánodos de metal de litio son propensos a formar estructuras en forma de aguja, llamadas dendritas, que pueden perforar partes de la batería, provocando un cortocircuito. Como resultado, las baterías de litio-azufre sólo duran hasta decenas de ciclos.
"Si se quiere una batería con alta densidad de energía, normalmente hay que utilizar una química muy dura y complicada", explica Chen. "Una alta energía significa que se producen más reacciones, lo que significa menos estabilidad, más degradación. Fabricar una batería de alta energía que sea estable es una tarea difícil en sí misma, pero intentar hacerlo en un amplio rango de temperaturas es un reto aún mayor".
El electrolito de éter dibutílico desarrollado por el equipo de la UC San Diego evita estos problemas, incluso a temperaturas altas y bajas. Las baterías que probaron tenían una vida cíclica mucho más larga que una batería típica de litio-azufre. "Nuestro electrolito ayuda a mejorar tanto el lado del cátodo como el del ánodo, a la vez que proporciona una alta conductividad y estabilidad interfacial", afirma Chen.
El equipo también diseñó el cátodo de azufre para que fuera más estable injertándolo en un polímero. Esto evita que se disuelva más azufre en el electrolito.
Los próximos pasos incluyen la ampliación de la química de la batería, su optimización para que funcione a temperaturas aún más altas y la ampliación de la vida útil de los ciclos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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