La carga ultrarrápida ha sido la meta que todos los fabricantes han buscado durante años, pero ha sido bastante esquiva. Esta quizás sea la razón más importante por la cual los vehículos eléctricos no han tenido el impacto que deberían y que muchos esperaban.
Durante años, los investigadores han tenido como objetivo aprender más sobre un grupo de óxidos metálicos que parecen prometedores como materiales clave para la próxima generación de baterías de iones de litio debido a su misteriosa capacidad para almacenar significativamente más energía de la que debería ser posible.
Un equipo de investigación internacional, codirigido por la Universidad de Texas en Austin, ha descifrado el código de esta anomalía científica, derribando una barrera para construir sistemas de almacenamiento de energía de batería ultrarrápidos.
El centro del descubrimiento
El secreto tiene que ver con cómo se almacena la electricidad en un grupo de materiales de llamados óxidos de los metales de transición. que son compuestos que incluyen oxígeno enlazado con metales de transición como hierro, níquel y zinc. La energía se puede almacenar en grandes cantidades dentro de los óxidos metálicos.
A diferencia de los métodos típicos en los que los iones de litio entran y salen de estos materiales o convierten sus estructuras cristalinas para almacenar energía, explicó la Universidad de Texas en Austin en un comunicado de prensa.
El equipo científico descubrió que estos óxidos metálicos poseen formas únicas de almacenar energía más allá de los mecanismos de almacenamiento electroquímicos clásicos.
Al decodificar este misterio, los investigadores están ayudando a desbloquear baterías con mayor capacidad energética. Eso podría significar baterías más pequeñas y potentes capaces de cargar rápidamente todo, desde teléfonos inteligentes hasta vehículos eléctricos.
Los investigadores muestran que también se puede almacenar capacidad de carga adicional en la superficie de las nanopartículas de hierro formadas durante una serie de procesos electroquímicos convencionales.
“Durante casi dos décadas, la comunidad de investigadores ha estado perpleja por las capacidades anormalmente altas de estos materiales más allá de sus límites teóricos”, dijo uno de los autores principales del estudio, Guihua Yu. «Este trabajo es la primera evidencia experimental que demuestra que la carga adicional se almacena físicamente dentro de estos materiales a través del mecanismo de almacenamiento de carga espacial».
La tecnología en la investigación
La técnica clave empleada en este estudio, llamada magnetometría in situ, es un método de monitoreo magnético en tiempo real para investigar la evolución de la estructura electrónica interna de un material. Es capaz de cuantificar la capacidad de carga midiendo variaciones en el magnetismo.
Esta técnica se puede utilizar para estudiar el almacenamiento de carga a una escala muy pequeña que supera las capacidades de muchas herramientas de caracterización convencionales.
El potencial de los resultados
Los resultados de la investigación son una muy buena noticia, ya que muchos se preparan para la era eléctrica en la que el almacenamiento de energía será preponderante. Sin embargo, todavía queda un largo camino por recorrer desde descubrir cómo funciona el “superalmacenamiento” hasta poner en práctica este descubrimiento, haciendo baterías mucho más densas. Mientras tanto, otros actores también están superando los límites en la densidad de energía de las baterías tradicionales.
Lo que si tenemos al alcance
A finales de este mes, se espera que Tesla anuncie lo último sobre la llamada batería de un millón de millas de la compañía. El CEO de Tesla habló por primera vez sobre la superbatería a principios del 2019 y dijo que la compañía pronto tendría baterías que duren más de un millón de millas.
En ese momento, muchos probablemente lo tomaron como otra gran promesa con menos sustancia de la que requiere el realismo. Sin embargo, más tarde en 2019, un equipo de investigadores de la Universidad de Dalhousie en Canadá publicó un artículo que detallaba una batería que «debería poder alimentar un vehículo eléctrico durante más de 1 millón de millas».
Muchos dirían que nadie necesita una batería que pueda durar 1 millón de millas o varios miles de ciclos de carga y recarga, pero si esa batería se desarrolla realmente, podría ser fundamental para las soluciones de almacenamiento de energía que buscan reutilizar baterías de vehículos eléctricos que han retiradas en lugar de llevarlas a los botaderos de basura o apartarlas para reciclaje.
El denominado Battery Day, que también será el día de la junta anual de accionistas de Tesla, está programado para el 22 de septiembre.
Sin embargo, Tesla no es el único que habla de energía del futuro e incluso como almacenar su exceso, las baterías de flujo también tienen un sólido lugar. Son recargables como las baterías de iones de litio, pero pueden durar más. Su densidad de energía también se puede aumentar como se anunció recientemente una puesta en marcha de almacenamiento de energía en EE.UU. según StorEn Technologies, la batería de flujo puede almacenar hasta un 35% más de electricidad que una batería comparable con el mismo volumen, y aún más impresionante, puede durar 15,000 ciclos de carga y recarga. La batería de la empresa está pendiente de patente.
Aún hay más, en Europa, el año pasado, una startup de vehículos eléctricos fundada por el nieto de Ferdinand Porsche, el fundador de Volkswagen, dijo que había desarrollado una batería completamente nueva que podía cargar hasta un 80% en cuatro minutos. Un informe reciente confirma que la batería del Piech EV puede cargarse súper rápido, a los 4 minutos y 40 segundos con una carga del 80 %, y una carga puede durar 500 km.
Las baterías son centro de la atención en investigación
Ya sea para vehículos eléctricos o almacenamiento de energía para respaldar instalaciones solares y eólicas, las baterías continúan siendo un área de investigación en auge. No es de extrañar, ya que la competencia en el espacio de los vehículos eléctricos, si no en el almacenamiento, se está volviendo bastante intensa.
Esta semana, GM anunció que se había asociado con Nikola, una startup que muchos ven como un desafío al dominio eléctrico de Tesla. Según los términos del acuerdo, GM proporcionará a Nikola pilas de combustible, baterías para vehículos eléctricos y tecnología de propulsión eléctrica a cambio de una participación del 11% en la empresa.
La carrera por el futuro eléctrico está en marcha y cada vez hay más participantes interesados. Más avances en la tecnología de baterías no solo son probables, sino prácticamente una certeza.
La única pregunta es cuántos de ellos podrían pasar del laboratorio al mercado lo suficientemente rápido como para marcar la diferencia. Esto normalmente dependería de su potencial para marcar una diferencia lo suficientemente seria.
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