Las baterías de iones de litio son un invento fantástico gracias a su alta densidad de energía y longevidad, lo que permite la revolución de la tecnología móvil en la que todos confiamos, pero eso es a temperatura ambiente. Cuando hace literalmente mucho frío, los teléfonos móviles que están expuestos al frío durante demasiado tiempo necesitan recargarse con más frecuencia y, lo peor de todo, la autonomía de los coches eléctricos se ve gravemente interrumpida.
La gente ha visto que esto sucede, por lo que muchas personas que viven en el medio oeste de los EE. UU. o en el norte de Canadá han decidido no comprar un vehículo eléctrico. A pesar de todo lo demás, estos compradores cambiarían a la electricidad, y por lo tanto contribuirían a la descarbonización del sector del transporte que necesitamos con tanta urgencia, si su rango coincidiera con el del sur más cálido o California, donde los inviernos no son tan duros.
Sus deseos pueden hacerse realidad en un futuro no muy lejano. Una nueva investigación de la Universidad Jiaotong de Beijing en China y la Academia de Ciencias de China demostró un diseño novedoso de batería de iones de litio, en el que el ánodo de grafito típicamente plano se reemplazó con un material diferente a base de carbono irregular. Esta modificación crucial permitió que la batería concentrara la mayor parte de su capacidad de almacenamiento recargable hasta -35°C.
Una de las principales razones por las que las baterías de iones de litio convencionales fallan en el frío extremo se debe a la orientación plana del ánodo de grafito. Los investigadores dirigidos por Xi Wang de la Universidad Jiaotong de Beijing rediseñaron la geometría del ánodo de carbono para tener una “superficie de Riemann”, lo que significa más claramente que su superficie es irregular y más irregular que plana.
El ánodo está hecho de nanoesferas de carbono de 12 caras que demostraron excelentes propiedades de transferencia de carga eléctrica durante un experimento en el que se incorporó a una batería del tamaño de una moneda, con metal de litio utilizado como cátodo. El ánodo se mantuvo estable durante la carga y descarga a temperaturas entre 25°C y -20°C y mantuvo el 85% de su capacidad de almacenamiento de energía a temperatura ambiente justo por debajo del punto de congelación. En comparación, las baterías normales que usan grafito plano o incluso nanotubos de carbono para su ánodo casi no tienen carga eléctrica a temperaturas bajo cero. Incluso a -35°C, el ánodo irregular seguía siendo recargable y podía descargar casi el 100% de la carga previamente almacenada en la batería en condiciones normales.
Un estudio realizado por la Asociación Estadounidense de Automóviles (AAA por sus siglas en inglés) descubrió que encender la calefacción de un automóvil mientras se conduce a bajas temperaturas reduce la autonomía de los vehículos eléctricos hasta en un 40%. Incluso sin el calentador encendido, las baterías de iones de litio convencionales pierden alcance debido a los efectos en sus propiedades de carga y descarga descritos anteriormente durante el clima frío, aunque debe tenerse en cuenta que todos los automóviles, ya sea que funcionen con gasolina o electricidad, luchan con el frío.
Las diferencias observadas en este nuevo estudio son tremendas y, con suerte, el nuevo diseño del ánodo podría dar nueva vida a los mercados geográficos de vehículos eléctricos más afectados por el frío. El ánodo lleno de baches también podría resultar muy importante en aplicaciones espaciales, donde las baterías a menudo se consideran demasiado riesgosas para usar en la mayoría de las aplicaciones debido a los grandes cambios de temperatura. Por ejemplo, el exterior de la Estación Espacial Internacional puede alcanzar temperaturas tan altas como 121°C en el lado soleado y tan bajas como -157°C en el lado sombreado.
Los hallazgos aparecieron en la revista ACS Central Science.
Fuente: ZME Science.
