La segunda generación de coches eléctricos, con baterías de alta capacidad energética, pueden recorrer distancias suficientemente largas con cada carga como para que la autonomía comience a no ser un obstáculo para su venta. Por eso es prioritario el establecimiento de una red de recarga ultrarrápida y pública en las carreteras. Ahora el problema, más allá de que estos cargadores estén muy extendidos y ofrezcan fiabilidad, es el tiempo de recarga. Con potencias de recarga del orden de 150 kW recuperar 300 kilómetros de autonomía en un coche eléctrico es mucho más lento que rellenar el tanque de combustible. El estudio de la American Chemical Society (ACS) concluye que la tecnología para lograrlo ya existe, pero que todavía tardará cinco años en hacerse realidad.
Los tiempos de recarga de la batería son ahora el gran hándicap de los coches eléctricos. Esperar media hora a que el coche esté de nuevo operativo para continuar el viaje puede ser un inconveniente para algunos, aunque también puede considerarse un tiempo necesario para descansar, estirar las piernas y disfrutar del viaje. Sea como sea, los expertos dicen que la próxima generación de vehículos eléctricos podría recargarse al 90 por ciento en tan solo 10 minutos.
Actualmente ya existe la posibilidad de cargar una batería a 350 kW de potencia en algunos cargadores que son capaces de ofrecerla. Sin embargo, pocos son los vehículos que la admiten. La razón es que las baterías de iones de litio de los vehículos eléctricos actuales se degradan cuando se les somete a cargas rápidas. Reparar estas baterías dañadas supone un gasto excesivo porque este sigue siendo el componente más costoso de un vehículo eléctrico.
Cuando se carga una batería de iones de litio, estos viajan del cátodo al ánodo. Al acelerar este desplazamiento, se logra que la batería se cargue más rápidamente. Sin embargo, a veces, los iones de litio no se mueven completamente hacia el ánodo, de manera que el metal de litio puede acumularse provocando fallos en la batería. También puede hacer que el cátodo se desgaste y se agriete. Todos estos problemas reducen la vida útil de la batería y su capacidad energética, lo que se traduce en menor autonomía, que tiene como consecuencia una mala experiencia de usuario para el propietario de un coche eléctrico.
Un grupo de investigadores ha utilizado técnicas de aprendizaje automático para estudiar cómo envejecen las baterías cuando se cargan a alta velocidad y ha aprovechado esta información para ayudar a reducir los tiempos de carga de manera segura. Al estudiar los resultados de hasta 30 000 puntos de datos, crearon un protocolo que permitiría una carga ultrarrápida que no dañase la batería. El único problema es que a esta tecnología todavía le quedan cinco años para que esté disponible públicamente, según se publica en EurekAlert.
Adaptar el protocolo de carga para optimizar la velocidad y evitar daños en los diferentes tipos de diseños de baterías que se utilizan actualmente en los vehículos requiere recopilar una gran cantidad de datos para conocer cómo afectan a la vida útil, la eficiencia y la seguridad de estos dispositivos. El diseño y estado de las baterías, así como la factibilidad de aplicar un determinado protocolo de carga con la infraestructura de la red eléctrica actual, también son variables clave.
La carga ultrarrápida es la clave para aumentar la confianza de los consumidores y para la adopción general de los vehículos eléctricos", asegura Eric Dufek, Ph.D., que ha sido el encargado de presentar el estudio en la American Chemical Society (ACS): "(…La recarga ultrarrápida…) permitiría que la carga del vehículo fuera muy similar a repostar combustible en una gasolinera".
Para abordar estos desafíos, Dufek y su equipo de investigación en el Laboratorio Nacional de Idaho emplearon técnicas de aprendizaje automático que incorporan datos de carga para crear protocolos de carga únicos. Al ingresar información sobre la condición de muchas baterías de iones de litio durante sus ciclos de carga y descarga, los científicos entrenaron el análisis de aprendizaje automático para predecir la vida útil y las formas en que los diferentes diseños fallarían eventualmente. Posteriormente, el equipo incorporó esos datos al análisis para identificar y optimizar nuevos protocolos que luego probaron en baterías reales.
"Hemos aumentado significativamente la cantidad de energía que puede entrar en una celda de batería en un corto período de tiempo", dice Dufek. "Actualmente, estamos viendo que las baterías se cargan a más del 90 % en 10 minutos sin recubrimiento de litio ni agrietamiento del cátodo".
Pasar de una batería casi agotada a una con el 90 % de capacidad en solo 10 minutos está muy lejos de la realidad actual. Hoy, en el mejor de los casos, se puede hacer que un vehículo eléctrico se cargue por completo en aproximadamente media hora. Si bien muchos investigadores buscan métodos para lograr este tipo de carga súper rápida, Dufek dice que la ventaja de su modelo de aprendizaje automático es que vincula los protocolos con la física real que sucede en una batería.
Los investigadores planean usar su modelo para mejorar los métodos y ayudar a diseñar nuevas baterías de iones de litio que estén optimizadas para someterse a una carga rápida. Dufek dice que el objetivo final es que los vehículos eléctricos puedan "decir" a las estaciones de carga cómo cargar específicamente sus baterías de forma rápida y segura.
Cuando la tecnología lo permita, producir baterías que se puedan cargar más rápido sin degradarse no solo ayudará a reducir los tiempos de viaje. También hará que los vehículos eléctricos sean más baratos y más eficientes. Más baratos, porque los fabricantes de automóviles podrían ofrecer vehículos con baterías más pequeñas; la reducción de la autonomía que esto supondría se compensaría con la capacidad de cargarse más rápidamente. Y más eficientes porque ayudaría a reducir el peso de los vehículos eléctricos, puesto que la batería es responsable de que, en general, sean más pesados que los de combustión. Esto implica que el motor necesite menos energía para moverlo, lo que está directamente relacionado con la eficiencia.
