24 de marzo de 2021: quizás la limitación más frustrante de poseer un vehículo completamente eléctrico es cuánto tiempo lleva cargar completamente la batería. Para un Tesla, por ejemplo, cargarlo al 80% de su capacidad lleva unos 40 minutos con su estación de carga más potente.

Los científicos han creído durante mucho tiempo que las leyes de la física limitan la velocidad a la que se puede recargar una batería de forma segura, pero una nueva investigación del profesor asistente de ingeniería química de la Universidad de Utah, Tao Gao, abre la puerta a la creación de una batería que se puede recargar en una fracción de el tiempo. .

La investigación de Zhao se detalla en un nuevo artículo de investigación publicado en la revista científica Jules. El estudio se realizó cuando Gao era investigador postdoctoral en el Instituto de Tecnología de Massachusetts bajo la supervisión del profesor de ingeniería química del MIT, Martin Z.Bazant. Gao ahora está llevando a cabo esta investigación en la Universidad de Utah, donde está desarrollando baterías de iones de litio avanzadas capaces de cargarse rápidamente.

“Esta comprensión sienta las bases para el trabajo de ingeniería futuro necesario para enfrentar este desafío”, dice Zhao. “Ahora sabemos adónde ir. Tenemos una visión clara de lo que hay que hacer”.

Las baterías de iones de litio se han convertido en una opción popular para dispositivos electrónicos portátiles y vehículos totalmente eléctricos debido a su alta densidad de energía, bajo peso y larga vida útil. También se utiliza en computadoras portátiles, electrodomésticos portátiles y almacenamiento de energía solar.

Pero la rapidez con la que se puede recargar una batería de iones de litio se ve obstaculizada por un fenómeno conocido como “revestimiento de litio”, que es una reacción secundaria que se produce cuando los iones de litio se colocan en partículas de grafito con demasiada rapidez. Gao compara el funcionamiento de una batería de iones de litio con una pelota de ping pong que se golpea de un lado a otro sobre una mesa. La bola, o iones de litio, viaja desde el ánodo al cátodo durante el proceso de carga. La tasa de carga es similar a la velocidad a la que viaja la bola. Gao explica que el recubrimiento de litio ocurre cuando el ión de litio se mueve demasiado rápido y las partículas de grafito en la batería no lo alcanzan. Durante la carga, esto puede ser peligroso y provocar un incendio o una explosión de la batería, lo que limita la rapidez con que se recargan las baterías. También puede degradar gravemente la batería, lo que limita su vida útil.

El descubrimiento de Gao revela la física importante que gobierna el fenómeno del recubrimiento de litio en partículas de grafito mientras se carga la batería y fue capaz de predecir el recubrimiento de litio en el funcionamiento de la batería.

“Hemos diseñado un experimento que puede visualizar lo que le sucede al cátodo durante la carga. Podemos ver la partícula de grafito, la sustancia en el electrodo negativo, y podemos ver lo que sucede mientras la batería se está cargando en tiempo real”, dice. “Ahora entendemos la física. Esto nos proporciona una dirección para abordar esta limitación y mejorar el rendimiento de carga de la batería”.

Con esta nueva comprensión, Gao cree que las nuevas tecnologías podrían crear una batería de automóvil que se pueda cargar completamente cinco veces más rápido de lo habitual, o en poco más de 10 minutos, sin el riesgo de peligro o degradación demasiado rápido, dice. Él dice que los teléfonos inteligentes, que generalmente demoran más de media hora con el cargador más rápido, también se pueden cargar completamente en solo 10 minutos.

Ahora que Gao y sus colegas han adquirido una mejor comprensión de la ciencia detrás de la carga de iones de litio, cree que podemos ver teléfonos móviles con mejores baterías en tan solo tres a cinco años y coches totalmente eléctricos antes. Hasta 10 años.

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