Ciencia

El salvavidas de la crisis energética como nuevo avance impresionante de la batería para revolucionar los autos eléctricos

El estudio fue realizado por el profesor de nanoingeniería Zheng Chen de la Universidad de California en San Diego y sus colegas. El profesor Chen dijo: “Se necesita un funcionamiento a alta temperatura en áreas 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 debajo del piso, cerca de estas carreteras calientes”.

El Prof. Chen continuó: “Además, las baterías se calientan solo con el paso de la corriente durante el funcionamiento.

“Si las baterías no pueden tolerar este calentamiento a alta temperatura, su rendimiento se degradará rápidamente”.

En las pruebas, el equipo descubrió que sus baterías prototipo retenían el 87,5 y el 115,9 por ciento de su capacidad de energía a -40 y 50F respectivamente.

Además, las baterías también tenían altas eficiencias Coulombic de 98,2 y 98,7 por ciento a estas temperaturas, lo que significa que pueden pasar por más ciclos de carga y descarga antes de dejar de funcionar.

La clave de la capacidad de las baterías para tolerar temperaturas frías y calientes radica en su electrolito especial, explicó el equipo.

Está hecho de una solución de éter dibutílico mezclado con una sal de litio.

El primero se une débilmente a los iones de litio, lo que significa que mientras la batería funciona, las moléculas de electrolito pueden soltar fácilmente los iones, mejorando el rendimiento a temperaturas bajo cero.

Además, el éter dibutílico puede tolerar temperaturas más altas porque tiene un alto punto de ebullición de 236F.

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Los investigadores explicaron que su electrolito también es compatible con los diseños de baterías de litio y azufre, elogiadas por su capacidad para proporcionar densidades de energía más altas a temperaturas más bajas.

De hecho, las baterías de litio-azufre son capaces de almacenar hasta dos veces más energía por unidad de peso que las baterías de iones de litio actuales.

Cuando se utiliza en vehículos eléctricos, esta mejora se traduce en una duplicación de la autonomía sin aumentar el peso de la batería.

Además, el azufre es más abundante y menos problemático para la fuente que el cobalto, cuya extracción se ha relacionado con abusos de los derechos humanos y contaminación ambiental, que se utiliza para fabricar los cátodos de las baterías de iones de litio.

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El electrolito de dibutil éter también soluciona un problema común con las baterías de litio y azufre que tiende a acortar su vida útil a unas decenas de ciclos.

Específicamente, sus cátodos tienden a disolverse, mientras que sus ánodos desarrollan estructuras similares a agujas llamadas dendritas que pueden dañar la batería y provocar un cortocircuito.

El Prof. Chen dijo: “Si desea una batería con alta densidad de energía, generalmente necesita usar una química muy dura y complicada.

“Alta energía significa que están ocurriendo más reacciones, lo que significa menos estabilidad, más degradación”.

El profesor Chen concluyó: “Hacer una batería de alta energía que sea estable es una tarea difícil en sí misma; tratar de hacer esto a través de un amplio rango de temperatura es aún más desafiante.

“Nuestro electrolito ayuda a mejorar tanto el lado del cátodo como el lado del ánodo al tiempo que proporciona una alta conductividad y estabilidad interfacial”.

Con su estudio inicial completo, los investigadores ahora están trabajando para ampliar la química de la batería, extender su ciclo de vida y optimizarla para que funcione a temperaturas aún más altas.

Los hallazgos completos del estudio se publicaron en Proceedings of the National Academy of Sciences.

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