Los potenciales compradores de vehículos eléctricos siguen preocupados por la duración de las baterías y los tiempos de recarga, aunque se sigue investigando para mejorar ambos aspectos.
A medida que crece la popularidad de los vehículos eléctricos, algunos de los principales problemas que siguen planteando se hacen más evidentes. Investigadores de la Universidad de Texas en Austin están abordando dos de los mayores retos a los que se enfrentan los vehículos eléctricos: la autonomía limitada y la lentitud de recarga.
Los investigadores fabricaron un nuevo tipo de electrodo para baterías de iones de litio que podría liberar una mayor potencia y una carga más rápida. Para ello, crearon electrodos más gruesos -las partes de la batería con carga positiva y negativa que suministran energía a un dispositivo- utilizando imanes para crear una alineación única que evita los problemas habituales asociados con el tamaño de estos componentes críticos.
El resultado es un electrodo que podría duplicar la autonomía de un vehículo eléctrico con una sola carga, en comparación con una batería que utilice un electrodo comercial existente.
«Los materiales bidimensionales suelen considerarse candidatos prometedores para aplicaciones de almacenamiento de energía a alta velocidad porque sólo necesitan varios nanómetros de grosor para transportar la carga con rapidez», explica Guihua Yu, profesor del Departamento Walker de Ingeniería Mecánica y del Instituto de Materiales de Texas de la Universidad de Texas Austin. «Sin embargo, en el caso de las baterías de alta energía de nueva generación basadas en el diseño de electrodos gruesos, el apilamiento de nanoplanchas como bloques de construcción puede provocar importantes cuellos de botella en el transporte de carga, lo que dificulta la obtención tanto de alta energía como de carga rápida.»
La clave del descubrimiento, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, utiliza materiales bidimensionales delgados como bloques de construcción del electrodo, apilándolos para crear grosor y utilizando después un campo magnético para manipular sus orientaciones. El equipo de investigadores utilizó imanes disponibles en el mercado durante el proceso de fabricación para disponer los materiales bidimensionales en alineación vertical, creando una vía rápida para que los iones se desplacen por el electrodo.
Normalmente, los electrodos más gruesos obligan a los iones a recorrer distancias más largas para desplazarse por la batería, lo que ralentiza el tiempo de carga. La típica alineación horizontal de las capas de material que componen el electrodo obliga a los iones a serpentear de un lado a otro.
«Nuestro electrodo muestra un rendimiento electroquímico superior debido en parte a la gran resistencia mecánica, la alta conductividad eléctrica y la facilitación del transporte de iones de litio gracias a la arquitectura única que hemos diseñado», explica Zhengyu Ju, estudiante de posgrado del grupo de investigación de Yu que dirige este proyecto.
Además de comparar su electrodo con un electrodo comercial, también fabricaron un electrodo dispuesto horizontalmente utilizando los mismos materiales con fines de control experimental. Consiguieron recargar el electrodo vertical grueso hasta el 50% de su energía en 30 minutos, frente a las 2 horas y 30 minutos del electrodo horizontal.
Los investigadores subrayan que su trabajo en este campo es incipiente. En esta investigación sólo estudiaron un tipo de electrodo de batería.
Su objetivo es generalizar su metodología de capas de electrodos organizadas verticalmente para aplicarla a distintos tipos de electrodos con otros materiales. Esto podría ayudar a que la técnica se adoptara más ampliamente en la industria, de modo que permitiera en el futuro baterías de carga rápida y alta energía que alimenten los vehículos eléctricos.
El equipo de investigación incluye, de la Universidad de Texas en Austin: Yu, Ju, Xiao Xu, Xiao Zhang y Kasun U. Raigama; y de Stony Brook/Brookhaven National Laboratory: Steven T. King, Kenneth J. Takeuchi, Amy C. Marschilok, Lei Wang y Esther S. Takeuchi. La investigación fue financiada por el Departamento de Energía de EE.UU. a través del Energy Frontier Research Center y el Center for Mesoscale Transport Properties.
Fuente: news.utexas.edu
