Las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente en vehículos eléctricos y smartphones por su ligereza, fiabilidad y eficiencia energética. Sin embargo, presentan tiempos de carga lentos y no soportan picos de corriente elevados. En una investigación reciente, el equipo de Ingeniería de Cornell desarrolló una batería de litio para vehículos eléctricos que se carga completamente en 5 minutos. El prototipo de una de estas baterías de carga rápida.
El equipo de ingeniería de Cornell desarrolló una nueva batería de litio. Se carga en menos de 5 minutos , más rápido que cualquier otra batería disponible. Además, mantiene un rendimiento estable durante los ciclos prolongados de carga y descarga. Este reciente descubrimiento podría aliviar la ansiedad de los conductores respecto a la autonomía. Se reducirían sus preocupaciones sobre la autonomía limitada de los vehículos eléctricos y la incomodidad de los largos tiempos de recarga.
Los investigadores descubrieron que el indio, un metal blando comúnmente utilizado en pantallas táctiles y paneles solares, tiene un potencial excepcionalmente alto como material para baterías de carga rápida. Esto se debe a sus inherentes velocidades de transporte rápidas en estado sólido y a sus bajos números de Damköhler. Además, el indio constituye una excelente alternativa al plomo en las soldaduras de baja temperatura.
El profesor Lynden Archer , decano de la Facultad de Ingeniería de Cornell y director del proyecto, afirmó: «La ansiedad por la autonomía es un obstáculo mayor para la electrificación del transporte que cualquier otro, como el coste y la capacidad de las baterías, y hemos identificado una manera de eliminarla mediante diseños de electrodos racionales».
El profesor Archer añadió: «Si puedes cargar la batería de un vehículo eléctrico en cinco minutos, no necesitas una batería lo suficientemente grande como para tener una autonomía de 300 kilómetros. Puedes conformarte con menos, lo que podría reducir el coste de los vehículos eléctricos y facilitar su adopción generalizada».
Shuo Jin , autor principal del estudio y estudiante de doctorado en ingeniería química y biomolecular, afirmó: «Nuestro objetivo era crear diseños de electrodos de batería que se cargaran y descargaran de forma que se adaptaran a la rutina diaria. En la práctica, deseamos que nuestros dispositivos electrónicos se carguen rápidamente y funcionen durante periodos prolongados. Para lograrlo, hemos identificado un material de ánodo de indio único que puede combinarse eficazmente con diversos materiales de cátodo para crear una batería que se carga rápidamente y se descarga lentamente ».
El Proceso
Los investigadores adoptaron un enfoque singular para su nueva batería de litio, haciendo hincapié en la cinética de las reacciones electroquímicas. Emplearon específicamente un concepto de la ingeniería química conocido como número de Damköhler . Este concepto cuantifica la velocidad a la que se producen las reacciones químicas en comparación con el transporte de materiales al lugar de reacción.
Las últimas investigaciones revelan que el indio posee dos características cruciales como ánodo de batería:
- Un excepcional barrera energética de baja migración, que determina la velocidad a la que los iones se difunden en el estado sólido.
- A densidad de corriente de intercambio moderada, lo que afecta la velocidad a la que se reducen los iones en el ánodo.
La sinergia de estas características, la rápida difusión y la cinética de reacción superficial lenta, es imperativa para una carga rápida y un almacenamiento prolongado.
El profesor Archer afirmó: “La innovación clave reside en el descubrimiento de un principio de diseño que permite que los iones metálicos del ánodo de la batería se muevan libremente, encuentren la configuración adecuada y solo entonces participen en la reacción de almacenamiento de carga. El resultado final es que, en cada ciclo de carga, el electrodo se encuentra en un estado morfológico estable. Esto es precisamente lo que confiere a nuestras nuevas baterías de carga rápida la capacidad de cargarse y descargarse repetidamente durante miles de ciclos”.
La batería de litio para vehículos eléctricos, que se carga completamente en 5 minutos, utiliza esta tecnología en combinación con la carga inalámbrica por inducción en las carreteras. Esto podría reducir significativamente el tamaño y el costo de las baterías , lo que además hará que el transporte eléctrico sea una opción más viable para los conductores. Sin embargo, esto no implica que los ánodos de indio sean perfectos o prácticos.
«Si bien este resultado es emocionante, ya que nos enseña cómo lograr baterías de carga rápida, el indio es pesado. Ahí reside una oportunidad para el modelado químico computacional, quizás utilizando herramientas de IA generativa, para descubrir qué otras químicas de materiales ligeros podrían alcanzar los mismos números de Damköhler intrínsecamente bajos. Por ejemplo, ¿existen aleaciones metálicas que nunca hemos estudiado y que posean las características deseadas? Ahí radica mi satisfacción: que existe un principio general que permite diseñar un ánodo de batería mejor que logre velocidades de carga más rápidas que la tecnología actual», añadió el profesor Archer.
Fuente : Una batería de litio de carga rápida busca eliminar la "ansiedad por la autonomía".
