La carga de los coches eléctricos es uno de los hábitos que más chocan en un conductor que da el salto a los vehículos de baterías. Acostumbrado a repostajes que son bastante rápidos, recargar un automóvil de baterías es algo mucho más lento, incluso aunque se lleve a cabo en estaciones de carga rápida con potencias altas. Es algo que todavía va a peor en invierno, cuando las temperaturas son más bajas.
De ello son todavía más conscientes en lugares especialmente fríos, como por ejemplo Michigan, en cuya universidad hay equipos de investigadores que trabajan para solventar este problema. Ahora han publicado un estudio en el que parecen haber dado con la solución, puesto que anuncian una velocidad de carga que es 5 veces más rápida.
Un problema clave para los coches eléctricos
Según encuestas recientes en Estados Unidos, los EV no gozan de una gran popularidad. El porcentaje de personas que señalan que su el probable o muy probable que se compren un eléctrico, ya sea nuevo o usado, bajó del 23 al 18% de 2023 a 2024 y el 63% señaló que era muy poco probable que su próximo coche fuera de cero emisiones.
Entre los distintos argumentos para tener esta posición, aparecen tanto la reducción de autonomía en invierno, como el hecho de que la carga sea más lenta.
Neil Dasgupta, profesor asociado de ingeniería mecánica y ciencia e ingeniería de materiales de la U-M, y autor correspondiente del estudio, explica: “Cargar la batería de un vehículo eléctrico tarda entre 30 y 40 minutos, incluso con una carga rápida agresiva, y ese tiempo aumenta a más de una hora en invierno. Este es el problema que queremos abordar”.
Las baterías que utilizan los vehículos eléctricos en la actualidad, almacenan y liberan energía mediante el movimiento de iones de litio entre electrodos mediante un electrolito líquido. El problema radica en que, a bajas temperaturas, el movimiento de estos iones se ralentiza, algo que tiene un triple efecto negativo: se reducen tanto la potencia como la velocidad de la carga, pero también se merma la autonomía.
Dado que ésta es una característica que genera mucha ansiedad en los conductores, los fabricantes de automóviles intentan mantenerla aumentado el grosor de los electrodos que utilizan en las celdas de la batería. Es algo efectivo, pero que dificulta el acceso a parte del litio, lo que acentúa el problema de la carga más lenta.
La solución al problema
El equipo de Dasgupta ya había conseguido avances en este campo creando vías de aproximadamente 40 micras en el ánodo perforándolo con láseres, lo que permite que los iones de litio encuentren un lugar donde alojarse más rápido, lo que resulta en una carga más uniforme.
El problema es que, mientras que esto mejoró la velocidad de carga a temperatura ambiente, seguía siendo ineficiente a temperaturas bajas, porque se formaba una capa química en la superficie del electrodo al reaccionar con el electrolito.
Manoj Jangid, investigador principal de ingeniería mecánica de la U-M y coautor del estudio, apunta: “Ese recubrimiento impide que se cargue todo el electrodo, lo que reduce una vez más la capacidad energética de la batería”.
Era necesario evitar que se formase, así que, para ello, recubrieron la batería con un material vítreo de borato-carbonato de litio de aproximadamente 20 nanómetros de espesor y dio un resultado espectacular: las baterías de iones de litio para vehículos eléctricos fabricadas de esta manera pueden cargarse un 500% más rápido a temperaturas de hasta -10 °C y, además, conservan el 97% de su capacidad incluso después de 100 cargas rápidas a temperaturas muy frías.
Se trata de un rendimiento muy superior al habitual que hace que los ambientes fríos no sean un enemigo natural tan grande para los coches de cero emisiones. Además, hay que tener en cuenta que el dueño de un eléctrico, por norma general, no usa tanto las cargas rápidas y tiende a emplear carga lenta de manera habitual, por lo que las baterías mantendrían su integridad durante periodos de tiempo bastante amplios.
Tae Cho, doctor en ingeniería mecánica y también autor del estudio, comenta que “gracias a la sinergia entre las arquitecturas 3D y la interfaz artificial, este trabajo puede abordar simultáneamente el trilema de la carga rápida a baja temperatura para la conducción de largo alcance”.
Dasgupta señala que uno de los puntos fuertes de este sistema es que es sencillo de implantar y que no requiere cambios importantes en la manera de producir baterías en la actualidad: “Consideramos este enfoque como algo que los fabricantes de baterías de vehículos eléctricos podrían adoptar sin realizar grandes cambios en las fábricas existentes. Por primera vez, hemos demostrado una vía para lograr simultáneamente una carga extremadamente rápida a bajas temperaturas, sin sacrificar la densidad energética de la batería de iones de litio”, señala.