¿Puede la carga superrápida de la batería arreglar el coche eléctrico?

09/02/2022

¿Puede la carga superrápida de la batería arreglar el coche eléctrico?

Issam Mudawar, un profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Purdue, ha estado resolviendo emergencias relacionadas con el calor durante 37 años. A menudo siguen un patrón. Cualquiera que sueñe con una supercomputadora o nueva aviónica para un avión de combate, eventualmente enfrentará el mismo problema: la electrónica de lujo, repleta de billones de transistores, genera enormes cantidades de calor. Así que los soñadores acuden a Mudawar, el tipo que estudia gestión térmica para ganarse la vida. “Siempre parece que el enfriamiento es lo último en lo que piensa la gente”, dice.

Hace un par de años, Ford se acercó a Mudawar con un problema más humilde: un cable de carga. Al igual que otros fabricantes de automóviles, Ford está en una carrera para ofrecer vehículos eléctricos que se enciendan rápidamente. Pero hay un problema con el movimiento de electrones más rápido: trae el calor. Si el objetivo es cargar su vehículo eléctrico en, digamos, cinco minutos, esa corriente adicional que encuentra resistencia significa problemas relacionados con la temperatura dentro y fuera de la batería. El cordón, en particular, se convierte en un cuello de botella sobrecalentado.

Mudawar ha estado resolviendo un problema que en realidad aún no existe. El Departamento de Energía de EE. UU. ha definido la llamada carga rápida "extrema" como la adición de 200 millas de alcance en 10 minutos. Esto se puede lograr con las estaciones de carga y los cables existentes, cuyas capacidades aún no se han alcanzado al máximo, en parte debido a sus propios problemas de calentamiento. Mientras tanto, el trabajo de Mudawar anticipa un futuro en el que llenar un automóvil con electrones quizás incluso pueda rivalizar con la conveniencia de la bomba de gasolina.

Recientemente, la tendencia en los vehículos eléctricos es que cuanto más grande, mejor. Los fabricantes de automóviles ahora apuntan a 400 millas de alcance como antídoto contra la "ansiedad por el alcance", mientras que al mismo tiempo son elementos básicos electrizantes de las carreteras estadounidenses: Chevy Silverados, Ford F-150, Hummers. Autos masivos más requisitos de rango masivo significan baterías totalmente gigantes. Como era de esperar, esto viene con una compensación: cargar esas baterías grandes lleva más tiempo. La opción más rápida podría ser obtener una carga completa en 30 o 40 minutos con cargadores de carretera de última generación, que representan alrededor del 5 por ciento de las recargas de vehículos eléctricos, según el DOE. Sin embargo, en su mayoría, estos autos están diseñados para conductores que pueden conectarse en casa y dejar que esa enorme batería se cargue toda la noche.

Combinar los dos es difícil, explica Ahmad Pesaran, un experto en almacenamiento de energía del Laboratorio Nacional de Energía Renovable. Una frase como "carga en cinco minutos" significa algo muy diferente si está cargando una batería de 200 kilovatios-hora, como la que se encuentra en un Hummer, en comparación con la batería de 40 kwH en un Nissan Leaf. Esas grandes baterías necesitan mucha más energía y tienen barreras estructurales que dificultan la carga rápida. Es probable que eso requiera nuevos cargadores y estrategias de batería, cables nuevos y elegantes, tal vez incluso actualizaciones en las líneas de transmisión que alimentan los cargadores para que puedan manejar un aumento masivo en la demanda. “Cuestiono la sabiduría de por qué necesitamos tener un alcance de 500 millas en un automóvil eléctrico y también queremos una carga rápida en cinco minutos”, dice. "¿A donde quieres ir? ¿Cuántas veces necesitas hacer eso?” Pero, agrega, podría ser inevitable.

Actualmente, la mayoría de los coches no podemos aprovechar las estaciones de carga más poderosas que ya tenemos, dice Chao-Yang Wang, investigador de baterías en la Universidad Estatal de Pensilvania. Las razones se encuentran principalmente dentro de la propia batería, sobre todo un fenómeno llamado revestimiento de litio. Cuando las baterías se cargan, los iones de litio se alojan dentro de un ánodo de grafito. En un esfuerzo por almacenar más energía en las baterías, este material ha sido diseñado para ser bastante grueso, de modo que pueda contener más iones. Pero esto se convierte en un obstáculo para la carga. A medida que la corriente se vuelve más intensa, esos iones no pueden ingresar al grueso material del ánodo lo suficientemente rápido. Entonces, en cambio, se acumulan en su superficie como metal de litio: se platean. Y una vez que eso sucede, no hay vuelta atrás. La batería pierde gradualmente el acceso a esos iones y, por lo tanto, pierde su capacidad de cargarse por completo.

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