Uno de los retos en el desarrollo de baterías, además de conseguir que duren más, es hacer que funcionen correctamente en condiciones climáticas adversas. Este era el objetivo de los ingenieros de la Universidad de California en San Diego, que han desarrollado baterías de iones de litio que funcionan bien a temperaturas de frío glacial y calor abrasador, con una alta densidad energética.
Estas baterías podrían permitir a los vehículos eléctricos de climas fríos viajar más lejos con una sola carga. También podrían reducir la necesidad de sistemas de refrigeración para evitar que los paquetes de baterías de los vehículos se sobrecalienten en climas cálidos.
En las pruebas, las baterías en laboratorio conservaron el 87,5% y el 115,9% de su capacidad energética a -40 y 50 ºC, respectivamente.
Y lo que es aún más importante, los investigadores señalan que las baterías mantuvieron una alta eficiencia del 98,2% y el 98,7% a estas temperaturas, respectivamente, lo que significa que las baterías pueden someterse a más ciclos de carga y descarga antes de dejar de funcionar.
Para lograr estos resultados, los investigadores desarrollaron un electrolito de unión débil que no sólo es versátil y robusto en un amplio rango de temperaturas, sino que también es compatible con un ánodo y un cátodo de alta energía. El electrolito está formado por una solución líquida de éter dibutilo mezclada con una sal de litio. Las moléculas de éter dibutilo se unen más débilmente a los iones de litio, lo que significa que las moléculas del electrolito pueden soltar fácilmente los iones de litio a medida que la batería funciona.
Esta débil interacción molecular mejora el rendimiento de la batería a temperaturas bajo cero. Además, el éter dibutilo puede soportar fácilmente el calor porque permanece líquido a altas temperaturas, con un punto de ebullición de 141 ºC.
El electrolito en cuestión también podría ser compatible con ánodos y cátodos metálicos de litio de alta densidad hechos de azufre. Estas baterías de litio-azufre prometen almacenar hasta dos veces más energía por kilo que las actuales baterías de iones de litio, lo que podría suponer coches eléctricos con el doble de autonomía. Además, el azufre es más abundante y menos problemático de obtener que el cobalto utilizado en los cátodos de las baterías de iones de litio tradicionales.
Pero tienen un problema: como su cátodo y su ánodo son extremadamente reactivos, se disuelven durante el funcionamiento, y esto empeora a altas temperaturas, además del alto riesgo de cortocircuitos. Con todo esto, no es de extrañar que las baterías con esta tecnología duren sólo unas decenas de ciclos de recarga.
El equipo predice que el electrolito de éter dibutilo podría ayudar a evitar estos problemas. De hecho, en las pruebas, sus baterías resistieron más que otros modelos conocidos de litio-azufre, tanto a altas como a bajas temperaturas.
Se necesita un funcionamiento a alta temperatura en zonas donde la temperatura ambiente puede alcanzar los tres dígitos, y las carreteras se calientan aún más. En los vehículos eléctricos, los paquetes de baterías suelen estar bajo el suelo, cerca de estas carreteras calientes. Además, las baterías se calientan por el mero hecho de recibir corriente durante su funcionamiento. Si las baterías no pueden tolerar este calentamiento a alta temperatura, su rendimiento se degradará rápidamente.
Zheng Chen, autor principal del estudio.
Los próximos pasos son ampliar la química de la batería, optimizarla para que funcione a temperaturas aún más elevadas y prolongar aún más la duración del ciclo.
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