Una innovación en los componentes de la batería podría ayudar a mantener alto el suministro de energía cuando los aviones eléctricos aterricen con poca carga, según un estudio dirigido por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley con experiencia de la Universidad de Michigan. La investigación proporciona una solución a un problema identificado en 2018 en un estudio dirigido por Venkat Viswanathan, profesor de ingeniería aeroespacial en la UM y coautor del nuevo trabajo publicado en Joule.
“Tanto el despegue como el aterrizaje requieren alta potencia, y el aterrizaje es más desafiante porque el avión no está completamente cargado”, dijo Viswanathan. “Para obtener una gran potencia hay que reducir todas las resistencias. Cualquier cosa que afecte la capacidad de entregar esa potencia”.
El equipo enfatizó que esto es distinto de las necesidades de las baterías de vehículos eléctricos, que principalmente necesitan mantener su autonomía.
“En un vehículo eléctrico, te concentras en la pérdida de capacidad con el tiempo”, dijo Youngmin Ko, investigador postdoctoral en Molecular Foundry del Laboratorio de Berkeley y autor principal del estudio. “Pero para los aviones, lo fundamental es la disminución de la potencia: la capacidad de lograr consistentemente una alta potencia para el despegue y el aterrizaje”.
Tanto la pérdida de capacidad como la pérdida de potencia suelen ocurrir cuando los iones de litio ya no pueden entrar y salir fácilmente de los electrodos. Si bien la clave para la pérdida de capacidad es la cantidad de iones de litio que pueden moverse entre los electrodos, el factor principal para la pérdida de potencia es la velocidad. El problema es que la corrosión se acumula en los electrodos, ocupando espacio que podría haber alojado iones de litio y dificultando que el litio llegue a los espacios disponibles.
Bajo el liderazgo de Brett Helms, autor correspondiente del estudio y científico senior de la Fundición Molecular del Laboratorio de Berkeley, el equipo exploró las interacciones entre los electrodos y el electrolito utilizando un enfoque tomado de la biología. En los estudios de la vida, el campo generalmente llamado “ómica” busca pistas en los constituyentes de las células: qué genes se leen, qué proteínas se producen, etc.
En este caso, el equipo probó diferentes químicas de electrolitos, observando cambios sutiles que ocurrían dentro del electrolito en diferentes lugares de la batería durante la carga y descarga. Investigaciones anteriores generalmente han atribuido la pérdida de energía a problemas que surgen en el lado negativo de la batería, ya que el litio metálico es muy reactivo.
Sin embargo, el equipo observó que se estaban formando moléculas dañinas cerca del lado positivo (en este caso, óxido de níquel-manganeso-cobalto). La reacción con esas moléculas provocó que las partículas del electrodo positivo se agrietaran y corroyeran con el tiempo, dificultando el movimiento del litio y reduciendo la entrega de energía.
“No fue un resultado obvio”, dijo Ko. “Descubrimos que mezclar sales en el electrolito podría suprimir la reactividad de especies típicamente reactivas, que formaban un recubrimiento estabilizador y resistente a la corrosión”.
Luego, la empresa 24M (Cambridge, MA) construyó una celda de prueba con esta química y la envió a And Battery Aero (Palo Alto, CA), una startup que Viswanathan cofundó con su antiguo doctorado. El estudiante Shashank Sripad, coautor de este estudio y del de 2018.
Sripad probó la celda extrayendo energía de ella repetidamente en una secuencia realista de despegue, vuelo y aterrizaje, como si la celda fuera parte de un módulo de batería completo que alimenta un avión eléctrico. En comparación con las baterías convencionales, la nueva celda mantuvo la relación potencia-energía necesaria para un vuelo eléctrico durante cuatro veces más.
“Los sectores del transporte pesado, incluida la aviación, han sido poco explorados en términos de electrificación”, afirmó Helms. “Nuestro trabajo redefine lo que es posible, ampliando los límites de la tecnología de baterías para permitir una descarbonización más profunda”.
Ahora, 24M construirá una batería completa que And Battery Aero probará en un soporte de hélice, haciendo funcionar la hélice durante la secuencia de vuelo repetidamente. Luego, el año que viene, el equipo pretende intentar realizar una prueba de vuelo eléctrico con esas baterías.
El equipo, que incluye científicos de la Universidad de California, Berkeley, también planea ampliar el uso de ómicas en la investigación de baterías, explorando las interacciones de varios componentes de electrolitos para comprender mejor y adaptar el rendimiento de las baterías a los casos de uso actuales y emergentes en transporte y red. Viswanathan y Sripad tienen un interés financiero en And Battery Aero.
Fuente: Tech Xplore.
