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Se lanzó la carrera para fabricar baterías de carga rápida

Mar, 31/03/2020 - 6:57pm
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Por Urgente24

Varias empresas trabaja para conseguir acumuladores capaces de retener la energía suficiente que permita una buen recorrido sin recarga por ahora la formula E, Tesla y Porsche lograron los mejores tiempos. Ningún investigador augura cuando llegará al mercado.

Se lanzó la carrera de las baterías de carga rápida
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Los ejecutivos de Fórmula E anunciaron las especificaciones para la tercera generación de autos de carreras totalmente eléctricos que debutarán en la autopista en 2022. Los nuevos autos de Fórmula E serán los primeros en usar estaciones de carga extremadamente rápidas que lleven suficiente energía para cargar completamente un Modelo Tesla S en unos 10 minutos.

Aunque los corredores solo usarán las estaciones de carga para breves paradas en boxes, proporcionarán una visión del futuro más allá de la pista de carreras. Las baterías EV que se cargan en la misma cantidad de tiempo que se tarda en llenar un tanque de gasolina será los nuevos referentes en las pistas.

Sin duda, ya existen cargadores EV rápidos. Tesla y Porsche los implementaron en estaciones de carga públicas de 250 kilovatios, que pueden llevar algunos paquetes de baterías EV a la carga completa en unos 40 minutos. Eso es mejor que dejar que el auto cargue durante la noche en el garaje, pero aún es mucho más tiempo que llenar el tanque de combustible.. Además, están disponibles para un puñado de vehículos eléctricos nuevos y de alta gama. Si queremos electrificar nuestras carreteras, necesitamos baterías EV accesibles que puedan cargarse aún más rápido.

Aumentar la tasa de carga de una batería de iones de litio implica compensaciones. Durante la carga, los iones de litio fluyen del cátodo al ánodo, que generalmente está hecho de grafito. El ánodo es como un balde que recoge y almacena los iones mientras se carga la batería. Los ánodos más gruesos pueden contener más energía en forma de iones de litio, lo que permite que los autos eléctricos vayan más lejos con una sola carga.

Pero los ánodos más gruesos también hacen que la carga rápida sea más difícil, porque los iones deben viajar más lejos a lo largo de caminos retorcidos en el ánodo. Si los iones no pueden penetrar el ánodo lo suficientemente rápido durante una carga, se produce un atasco molecular y el litio se acumula en la superficie. Este fenómeno, conocido como recubrimiento de litio, puede afectar el rendimiento de una batería. Y si se apilan suficientes iones en la superficie del ánodo, pueden formar bloques que rompen la barrera entre el ánodo de la batería y su electrolito. Estas llamadas "dendritas" de litio pueden provocar un cortocircuito en la célula.

Anna Tomaszewska, una ingeniera química en el Imperial College de Londres coautora de un artículo de revisión sobre baterías de iones de litio de carga rápida, dice que una posible solución para el revestimiento de litio es agregar silicio al ánodo. El silicio es barato, abundante y puede cambiar la estructura cristalina del ánodo de tal manera que hace menos probable el revestimiento de litio. "El silicio fue  popular entre los fabricantes porque también puede mejorar la capacidad de energía de la batería", agrega Tomaszewska.

De hecho, muchas compañías, incluida Tesla, agregaron silicio u óxido de silicio a los ánodos de grafito para exprimir un poco más de energía de sus células de iones de litio. Pero Enevate, una compañía de almacenamiento de energía con sede en el sur de California, quiere eliminar el grafito de la imagen. Durante los últimos 15 años, la compañía perfeccionó un XFC, o una batería de iones de litio de carga extremadamente rápida con un ánodo de silicio puro.

A principios de este año, los investigadores de la compañía anunciaron que su última generación de baterías podría cargarse al 75 por ciento en solo cinco minutos, sin sacrificar la densidad de energía. "Podemos tener una carga rápida sin perder densidad de energía porque estamos utilizando un enfoque económico de silicio puro", dice Ben Park, fundador y director de tecnología de Enevate.

Las compañías de baterías son bien conocidas por anunciar avances en el rendimiento en células experimentales que nunca llegan al mercado. Pero lo que diferencia a la tecnología de Enevate, según Jarvis Tou, el vicepresidente ejecutivo de la compañía, es que su material anódico puede integrarse fácilmente en los procesos de fabricación de baterías existentes. Tou dice que Enevate ya está en conversaciones con los fabricantes de iones de litio para comenzar a integrar el ánodo de Enevate en las baterías comerciales. Las primeras aplicaciones para las baterías de carga rápida serán para herramientas eléctricas, pero Enevate está trabajando con los fabricantes de automóviles para incluirlo en vehículos eléctricos a partir de 2024.

Otras compañías también están compitiendo para llevar al mercado productos químicos de ánodo de carga rápida. StoreDot, una compañía israelí de almacenamiento de energía, desarrolla una batería EV que esperan que se cargue en menos de 10 minutos. Y el mes pasado, los investigadores de la startup inglesa de baterías Echion afirmaron haber construido una batería de iones de litio que puede cargarse en solo seis minutos usando un ánodo hecho de óxido de niobio mixto que está en condiciones de transportar eficientemente iones de litio. "Hemos diseñado el material para que tenga una estructura cristalina específica", dice Jean de la Verpilliére, CEO y fundador de Echion. Se puede considerar como estos pequeños túneles a escala molecular que permiten que los iones de litio viajen muy rápido hacia el ánodo".

Por su parte la californiana, Enevate,  quiere sacar el grafito de la imagen. Durante los últimos 15 años, la compañía perfeccionó un XFC, o batería de iones de litio de carga extremadamente rápida con un ánodo de silicio puro.

Estas baterías XFC a medida aún no salieron del los laboratorio al mundo real. Producir baterías de iones de litio a escala es un desafío, y los fabricantes deben ser persuadidos para agregar nuevos materiales a sus líneas de ensamblaje. Es por eso que compañías como Echion y Enevate priorizan el desarrollo de materiales anódicos que pueden "incorporarse" a los procesos de producción de baterías existentes.

Pero construir una batería XFC barata podría no requerir la nueva química del ánodo. Las estructuras de ánodo de nanoingeniería son difíciles de implementar a escala, pero el equipo de la compañía de análisis científicos NREL explora soluciones para baterías XFC que no impliquen  modificar la estructura o la química de un ánodo de batería.

Los acumuladores XFC ayudarán a superar el rango de conducción limitado y los largos tiempos de carga, que son citados como dos de los mayores obstáculos para la adopción masiva de vehículos eléctricos. Pero también pueden acelerar la electrificación de otros vehículos, como autobuses de tránsito y camiones de larga distancia.

Ambas industrias requieren vehículos que puedan operar durante la mayor parte del día sin perder tiempo. En el caso de los autobuses, podrían usar estaciones de carga rápida ubicadas estratégicamente mientras esperan en una parada. Los camioneros de larga distancia no tendrían que gastar tiempo extra para recargar si tomara la misma cantidad de tiempo que llenar un tanque con diesel.