Los científicos han desarrollado una batería de iones de litio que se carga a una temperatura elevada para aumentar la velocidad de reacción, pero mantiene la celda fría durante la descarga. mostrando el potencial de agregar 200 millas de autonomía a un automóvil eléctrico en 10 minutos. Si está escalado, el diseño es una estrategia potencial para aliviar las preocupaciones de que los vehículos totalmente eléctricos carecen de suficiente alcance de crucero para llegar de manera segura a un destino sin detenerse a mitad del viaje. Los investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania presentan el trabajo el 30 de octubre en la revista Joule .

Los científicos han reconocido la necesidad de diseñar baterías de vehículos eléctricos capaces de cargarse extremadamente rápido para satisfacer las necesidades de los conductores. Sin embargo, una tasa de carga tan rápida requeriría que una batería absorbiera rápidamente 400 kilovatios de energía, una hazaña que los vehículos actuales no pueden lograr porque corre el riesgo de enchapado de litio (la formación de litio metálico alrededor del ánodo), lo que deterioraría gravemente la vida útil de la batería.

Mientras que las baterías de litio convencionales se cargan y descargan a la misma temperatura, Los investigadores descubrieron que podían evitar el problema del revestimiento de litio cargando la batería a una temperatura elevada de 60 grados Celsius durante unos minutos. luego descargarlo a temperaturas más frías.

"Además de la carga rápida, este diseño nos permite limitar el tiempo de exposición de la batería a la temperatura de carga elevada, generando así un ciclo de vida muy largo, "dice el autor principal Chao-Yang Wang, ingeniero mecánico en la Universidad Estatal de Pensilvania. "La clave es lograr un calentamiento rápido; de lo contrario, la batería permanecerá a temperaturas elevadas durante demasiado tiempo, causando una degradación severa ".

Para acortar el tiempo de calentamiento y calentar toda la batería a una temperatura uniforme, Wang y sus colegas equiparon un diseño de batería de iones de litio con una estructura de níquel que se calienta automáticamente y que se precalienta en menos de treinta segundos. Para probar su modelo, cargaron tres celdas de bolsa de grafito diseñadas para vehículos eléctricos híbridos a los 40, 49, y 60 grados Celsius, así como un control a 20 grados Celsius, utilizando varias estrategias de enfriamiento para mantener constantes las temperaturas de carga. Para confirmar que no se produjo el recubrimiento de litio, luego descargaron completamente las células y las abrieron para su análisis.

Wang y el equipo descubrieron que las baterías precalentadas a 60 grados centígrados podrían sostener el proceso de carga extremadamente rápido durante 1, 700 ciclos, mientras que la celda de control solo pudo mantener el ritmo durante 60 ciclos. A una temperatura de carga promedio entre 49 y 60 grados Celsius, la investigación no observó ningún recubrimiento de litio. Los investigadores también observaron que un aumento de la temperatura de carga redujo en gran medida el enfriamiento necesario para mantener la celda a su temperatura inicial:la celda de control generó 3.05 vatios-hora, mientras que la celda de 60 grados Celsius generó solo 1,7 vatios-hora.

"En el pasado, Se creía universalmente que las baterías de iones de litio deberían evitar funcionar a altas temperaturas debido a la preocupación de reacciones secundarias aceleradas. ", dice Wang." Este estudio sugiere que los beneficios del recubrimiento de litio mitigado a temperaturas elevadas con un tiempo de exposición limitado superan con creces el impacto negativo asociado con reacciones secundarias exacerbadas ".

Los investigadores señalan que la tecnología es completamente escalable porque todas las celdas se basan en electrodos disponibles industrialmente; y ya han demostrado su uso en células a gran escala, módulos, y paquetes de baterías. La lámina de níquel aumenta el costo de cada celda en un 0.47%, pero debido a que el diseño elimina la necesidad de los calentadores externos utilizados en los modelos actuales, de hecho, reduce el costo de producción de cada paquete.

Próximo, El equipo de Wang planea llevar su diseño un paso más allá.

"Estamos trabajando para cargar la batería de un vehículo eléctrico de alta densidad energética en cinco minutos sin dañarla, ", dice." Esto requerirá electrolitos y materiales activos altamente estables, además de la estructura de autocalentamiento que hemos inventado ".