A pesar de la creciente popularidad de los vehículos eléctricos, muchos consumidores todavía dudan en hacer el cambio. Una de las razones es que lleva mucho más tiempo encender un automóvil eléctrico que cargar uno convencional. Pero acelerar el proceso de carga puede dañar la batería y reducir su vida útil. Ahora, los científicos informan que han diseñado métodos de carga súper rápidos adaptados para alimentar diferentes tipos de baterías de vehículos eléctricos en 10 minutos o menos sin daño.

Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la reunión de otoño de la American Chemical Society (ACS).

"La carga rápida es la clave para aumentar la confianza del consumidor y la adopción general de vehículos eléctricos", dice Eric Dufek, Ph.D., quien presenta este trabajo en la reunión. “Permitiría que la carga de vehículos fuera muy similar a repostar en una gasolinera”. Tal avance podría ayudar a EE. UU. a alcanzar la meta del presidente Biden de que para 2030, la mitad de todos los vehículos vendidos sean eléctricos o híbridos.

Cargar las baterías de iones de litio que alimentan los vehículos eléctricos es un delicado acto de equilibrio. Idealmente, los conductores quieren arrancar lo más rápido posible para volver a la carretera, pero con la tecnología actual, acelerar el proceso puede causar daños. Cuando se carga una batería de iones de litio, los iones de litio migran de un lado del dispositivo, el cátodo, al otro, el ánodo. Al hacer que los iones de litio migren más rápido, la batería se carga más rápidamente, pero a veces los iones de litio no se mueven completamente hacia el ánodo. En esta situación, el metal de litio puede acumularse y esto puede provocar una falla temprana de la batería. También puede hacer que el cátodo se desgaste y se agriete. Todos estos problemas reducirán la vida útil de la batería y el alcance efectivo del vehículo, consecuencias costosas y frustrantes para los conductores.

Una solución a este enigma es adaptar el protocolo de carga de una manera que optimice la velocidad y evite daños en los diferentes tipos de diseños de baterías que se utilizan actualmente en los vehículos. Pero desarrollar protocolos óptimos requiere una gran cantidad de datos sobre cómo varios métodos afectan la vida útil, la eficiencia y la seguridad de estos dispositivos. El diseño y estado de las baterías, así como la factibilidad de aplicar un determinado protocolo de carga con la infraestructura de la red eléctrica actual, también son variables clave.

Para abordar estos desafíos, Dufek y su equipo de investigación en el Laboratorio Nacional de Idaho ahora informan el uso de técnicas de aprendizaje automático que incorporan datos de carga para crear protocolos de carga únicos. Al ingresar información sobre la condición de muchas baterías de iones de litio durante sus ciclos de carga y descarga, los científicos entrenaron el análisis de aprendizaje automático para predecir la vida útil y las formas en que los diferentes diseños eventualmente fallarían. Luego, el equipo ingresó esos datos en el análisis para identificar y optimizar nuevos protocolos que luego probaron en baterías reales.

"Hemos aumentado significativamente la cantidad de energía que puede entrar en una celda de batería en un corto período de tiempo", dice Dufek. "Actualmente, estamos viendo que las baterías se cargan a más del 90 % en 10 minutos sin recubrimiento de litio ni agrietamiento del cátodo".

Pasar de una batería casi agotada a una con el 90 % de potencia en solo 10 minutos está muy lejos de los métodos actuales, que, en el mejor de los casos, pueden hacer que un vehículo eléctrico se cargue por completo en aproximadamente media hora. Si bien muchos investigadores buscan métodos para lograr este tipo de carga súper rápida, Dufek dice que una ventaja de su modelo de aprendizaje automático es que vincula los protocolos con la física de lo que realmente sucede en una batería.

Los investigadores planean usar su modelo para desarrollar métodos aún mejores y para ayudar a diseñar nuevas baterías de iones de litio que estén optimizadas para someterse a una carga rápida. Dufek dice que el objetivo final es que los vehículos eléctricos puedan "decir" a las estaciones de carga cómo encender sus baterías específicas de forma rápida y segura. + Explora más

Carga rápida de batería de iones de litio:una revisión