Un equipo de investigación liderado por Lynden Archer, profesor y decano del College of Engineering de la Universidad de Cornell, ha desarrollado una batería de litio que puede cargar completamente en solo cinco minutos. Este descubrimiento podría ayudar a resolver los problemas relacionados con el tiempo de carga de los vehículos eléctricos (EVs) y aumentar su adopción.
Con los avances tecnológicos, el cargador comercial más rápido podría cargar la batería de un EV en no menos de 30 minutos. Aunque esto representa una mejora significativa en comparación con los ciclos de carga de ocho horas de un cargador doméstico estándar, aún necesita un mayor desarrollo para lograr una adopción masiva de EVs.
El equipo de Archer había trabajado previamente en el problema de la carga de baterías de iones de litio. Sin embargo, su enfoque se centraba en el movimiento de iones en electrolitos y su cristalización en ánodos metálicos. El equipo utilizó su conocimiento de estos procesos para desarrollar ánodos más seguros que proporcionan almacenamiento a largo plazo.
Para desarrollar una batería con un tiempo de carga más rápido, el equipo adoptó un nuevo enfoque centrado en la cinética de reacciones electroquímicas. Se centraron especialmente en un concepto llamado número de Damköhler, que mide la velocidad de reacción y la velocidad a la que un material es transportado al sitio de reacción.
El equipo buscó específicamente materiales con valores bajos de Damköhler, que tienen altas tasas de transporte, y descubrió que un metal suave llamado indio, conocido comercialmente como soldadura de baja temperatura, podría usarse para producir paneles solares de película delgada y pantallas táctiles.
Los investigadores encontraron que este metal tiene una barrera de migración de energía muy baja, lo que acelera el movimiento de iones. Además, exhibe una buena densidad de corriente de intercambio, que es la velocidad de reducción de iones en el ánodo. La combinación de estos factores permite una carga rápida y un almacenamiento de energía a largo plazo.
«La innovación clave es el descubrimiento de un principio de diseño que permite que los metales de iones en el ánodo de la batería se muevan libremente, encuentren la configuración correcta y luego se involucren en reacciones de almacenamiento de energía», dijo Archer.
«El resultado es que en cada ciclo de carga, el electrodo se mantiene en un estado morfológico estable. Esto es precisamente lo que proporciona a nuestras nuevas baterías la capacidad de carga y descarga rápida durante miles de ciclos».
Los investigadores sugieren que combinar esta tecnología con cargadores inductivos inalámbricos podría ayudar a reducir el tamaño de las baterías requeridas en los vehículos, lo que llevaría a reducciones de costos.
Sin embargo, también hay barreras por superar. El indium es un metal muy pesado y puede no ser adecuado para la producción de paquetes de baterías. El equipo está trabajando actualmente en la búsqueda de otros materiales livianos que puedan desempeñar el mismo papel que el indio.
La investigación fue publicada recientemente en la revista científica «Joule».
FAQ
1. ¿Qué problemas puede resolver el descubrimiento del equipo de investigación en la carga de baterías de litio?
El descubrimiento puede ayudar a resolver los problemas relacionados con el tiempo de carga de los vehículos eléctricos (EVs) y aumentar su adopción.
2. ¿Cuánto tiempo se tarda en cargar una batería de EV utilizando el cargador comercial más rápido?
El cargador comercial más rápido tarda al menos 30 minutos en cargar una batería de EV, lo que representa una mejora significativa en comparación con un cargador doméstico estándar.
3. ¿Cuál es el enfoque del equipo de Archer para desarrollar baterías con tiempos de carga más rápidos?
El equipo se centra en la cinética de reacciones electroquímicas y busca materiales con bajos valores de Damköhler, que tienen altas tasas de transporte y aceleran el movimiento de iones.
4. ¿Qué materiales se encontraron como resultado de la búsqueda del equipo?
El equipo descubrió que el metal suave indio (conocido comercialmente como soldadura de baja temperatura) tiene una barrera de migración de energía baja, lo que acelera el movimiento de iones y proporciona una carga rápida y un almacenamiento de energía a largo plazo.
5. ¿Cuáles son los beneficios potenciales de esta tecnología?
Combinar esta tecnología con cargadores inductivos inalámbricos puede ayudar a reducir el tamaño de las baterías requeridas en los vehículos, lo que lleva a reducciones de costos.
6. ¿Cuáles son las barreras actuales para implementar esta tecnología?
El indio es un metal muy pesado y puede no ser adecuado para la producción de paquetes de baterías. El equipo está buscando otros materiales livianos que puedan desempeñar el mismo papel que el indio.
Definiciones
– Batería de litio: Tipo de batería que utiliza tecnología de litio como portador de electricidad.
– Vehículos eléctricos (EVs): Vehículos que funcionan con energía eléctrica, generalmente impulsados por baterías o paquetes de baterías.
– Número de Damköhler: Medida de la velocidad de una reacción química y la velocidad a la que un material es transportado al sitio de reacción.
– Electrodo: Material eléctricamente conductor utilizado para introducir o recuperar cargas eléctricas en una batería.
– Migración de energía: Proceso de transferencia de energía a través de un material.
– Morfología: La estructura o forma de un electrodo de batería.
Enlaces relacionados sugeridos
– Cornell University College of Engineering
– Revista científica Joule