Ciencia

¿Puede la carga ultrarrápida de la batería reparar un coche eléctrico?

Isam Mudawar, Profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Purdue, ha estado lidiando con emergencias relacionadas con el calor durante 37 años. A menudo siguen un patrón. Cualquiera que sueñe con una supercomputadora o nueva aviónica para un avión de combate, tarde o temprano se enfrentará al mismo problema: una electrónica fantástica, compuesta por billones de transistores, genera una enorme cantidad de calor. Por lo tanto, los soñadores acuden a Mudawar, un hombre que estudia control de calefacción para ganarse la vida. “Parece que la refrigeración es lo último en lo que piensa la gente”, dice.

Hace unos años, Ford se acercó a Mudawar con un problema más modesto: un cable de carga. Al igual que otros fabricantes de automóviles, Ford está en la carrera por construir vehículos eléctricos rápidos. Pero hay un problema con el movimiento más rápido de los electrones: explota. Si la tarea es cargar su automóvil eléctrico en, digamos, cinco minutos, entonces esta corriente adicional, al encontrar resistencia, significa problemas con la temperatura dentro y fuera de la batería. En particular, el cable se convierte en un cuello de botella sobrecalentado.

Mudawar resuelve un problema que aún no existe. El Departamento de Energía de EE. UU. ha descrito lo que llama carga rápida «extrema», agregando 200 millas en 10 minutos. Esto está disponible con las estaciones de carga existentes y los cables que las baterías aún no han alcanzado su máximo potencial, debido en parte a sus propios problemas térmicos. Mientras tanto, el trabajo de Mudawar prevé un futuro en el que cargar un automóvil con electrones podría incluso rivalizar con la conveniencia de una estación de servicio.

Recientemente, la tendencia en los vehículos eléctricos es que cuantos más, mejor. Los fabricantes de automóviles ya apuntan a un rango de 400 millas como antídoto contra la «ansiedad por el rango» mientras electrifican elementos clave de las carreteras estadounidenses: Chevy Silverados, Ford F-150, Hummers. Autos enormes más requisitos de kilometraje enormes significan baterías francamente gigantescas. Como era de esperar, aquí hay una compensación: estas baterías grandes tardan más en cargarse. La opción más rápida podría ser una carga completa en 30 o 40 minutos con cargadores de autopista modernos, que representan alrededor del 5 por ciento de la carga de un vehículo eléctrico, según el Departamento de Energía. Sin embargo, estos autos están diseñados principalmente para conductores que pueden conectarse a la red en casa y dejar que esa enorme batería se cargue durante la noche.

Combinar los dos es complicado, explica Ahmad Pesaran, un experto en almacenamiento de energía del Laboratorio Nacional de Energía Renovable. Una frase como «carga de cinco minutos» significa algo muy diferente si está cargando una batería de 200kWh como la de un Hummer versus una batería de 40kWh en un Nissan Leaf. Estas baterías grandes requieren mucha más energía y tienen barreras estructurales que dificultan la carga rápida. Es probable que esto requiera nuevos cargadores y baterías, nuevos cables fantásticos, tal vez incluso actualizaciones en las líneas de transmisión que alimentan los cargadores para manejar el enorme aumento de la demanda. «Cuestiono la sabiduría de por qué deberíamos tener un alcance de 500 millas en un automóvil eléctrico y también queremos cinco minutos de carga rápida”, dice. «¿A dónde quieres ir? ¿Cuántas veces tendrás que hacer esto?» Pero, agrega, puede ser inevitable.

En la actualidad, la mayoría de los vehículos no podemos aprovechar las estaciones de carga más poderosas que ya tenemos”, dice Chao-Yang Wang, investigador de baterías en la Universidad Estatal de Pensilvania. Las razones están principalmente en la propia batería, especialmente en un fenómeno llamado recubrimiento de litio. Cuando las baterías se cargan hacia arriba, los iones de litio quedan atrapados dentro del ánodo de grafito. En un intento por concentrar más energía en las baterías, este material está diseñado para ser lo suficientemente grueso como para contener más iones. Pero esto se convierte en un obstáculo para la carga. A medida que la corriente se vuelve más intensa, estos iones no pueden penetrar el grueso material del ánodo lo suficientemente rápido. En cambio, se acumulan en su superficie como el litio metálico: se aplanan. Y una vez que eso sucede, no hay vuelta atrás. La batería pierde gradualmente el acceso a estos iones y, por lo tanto, pierde su capacidad de cargarse por completo.

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