Híbridos y Eléctricos

INVESTIGACIÓN DE JEFF DAHN

Baterías híbridas de Tesla: larga vida útil y mayor autonomía para los coches eléctricos

Las celdas híbridas de las nuevas baterías que está investigando Tesla aprovechan la longevidad de las celdas de iones de litio convencionales y la alta densidad de energía de las celdas de metal-litio.

Baterías híbridas de Tesla con celdas de iones de litio y metal de litio
Baterías híbridas de Tesla con celdas de iones de litio y metal de litio.

El equipo de investigación de Tesla en Canadá, capitaneado por el físico canadiense Jeff Dahn, ha publicado los resultados de un trabajo que describe un nuevo concepto de vehículo eléctrico de autonomía extendida que prescinde de un motor de combustión. La solución de Dahn es crear una batería con celdas híbridas que aprovecha la longevidad de las de iones de litio y la densidad energética de las de metal de litio. De esta forma es posible mantener la vida útil de la batería y elevar la autonomía de un coche eléctrico en un 20%.

Jeff Dahn es uno de los investigadores más reconocidos en el campo de las baterías de alto voltaje que se emplean, por ejemplo, en los coches eléctricos. En 2016 se asoció con Tesla, que se ha encargado de financiar varias de sus investigaciones. El objetivo del fabricante californiano es impulsar el avance en el campo de las baterías a través de varias iniciativas, como el electrolito sólido o las baterías híbridas.

Respecto a esta segunda línea de trabajo, Dahn y su equipo en la Universidad de Dalhousie en Canadá proponen una nueva manera de definir la tecnología de propulsión eléctrica de autonomía extendida. Actualmente se emplea una batería de litio convencional que, además de poder ser recargada a través de la red eléctrica, también puede alimentarse de la energía que genera un motor de gasolina que funciona como un generador eléctrico. Es el caso de modelos como el Chevrolet Volt o el Opel Ampera, o el BMW i3 REX, una variante del eléctrico alemán que incorporaba un pequeño motor bicilíndrico capaz de ofrecer 100 kilómetros extra de autonomía. Hoy en día, ninguno de estos tres modelos se encuentra a la venta en el mercado español y tan solo Mazda ha propuesto una variante de su MX-30 con un motor rotatorio que hace esa función y que emplea este tipo de tecnología.

El trabajo, publicado en la revista Joule el mes pasado por Dahn y tres de sus alumnos en Dalhousie, Matthew Genovese, AJ Louli, Rochelle Weber y Cameron Martin, explica el funcionamiento de las celdas híbridas de iones de litio/metal de litio. De forma resumida se puede decir que se aprovecha lo mejor de cada tecnología: la longevidad de las celdas de iones de litio y la alta densidad de energía de las celdas de metal-litio.

Las baterías de metal-litio no se han considerado por ahora una opción viable porque su vida útil es demasiado corta. Sin embargo, a igualdad de peso, son capaces de ofrecer el doble de capacidad que las mejores baterías actuales de iones de litio, lo que les da el potencial de duplicar la autonomía de los coches eléctricos.

La celda híbrida de Dahn ofrece alta capacidad energética y una larga vida útil. Para ello reemplaza el ánodo de grafito de las celdas convencionales de iones de litio por litio metálico, lo que aumenta significativamente la densidad de energía. Para eliminar la corta vida útil de los ánodos de metal de litio, que pierden rápidamente su capacidad, en la nueva celda híbrida se emplea una técnica de “revestimiento reversible de metal de litio sobre el grafito con un electrolito optimizado formado por dos sales”.

Comparativa de densidades de las baterias de metal litio, las de litio y las híbridas

Comparativa de densidades de las baterias de metal litio, las de litio y las híbridas.

Un mismo coche eléctrico permitiría los desplazamientos de corto recorrido diarios y también los de largo recorrido alternando el modo de funcionamiento de las celdas de su batería híbrida. Operará la mayor parte del tiempo en “modo iones de litio”, mientras que periódicamente, cuando necesite una mayor autonomía, pasará a operar en “modo metal de litio” aumentando la autonomía en aproximadamente un 20%. Esta nueva batería permitiría a los conductores lograr una mayor eficiencia en sus viajes manteniendo la vida útil de la batería. Un vehículo eléctrico con una batería de iones de litio convencional que ofrece un alcance de 400 kilómetros, pasaría a alcanzar hasta 480 kilómetros.

La investigación se encuentra todavía en las primeras etapas por lo que le queda un largo camino hasta su comercialización. Sin embargo, su base tecnológica podría suponer un importante avance en la eliminación de una de las barreras para la adopción definitiva de los coches eléctricos: la autonomía de sus baterías y la degradación a lo largo de su vida útil.

Conversaciones: