Un equipo del Centro de Tecnología de Almacenamiento de Energía y Baterías (Battery and Energy Storage Technology, BEST, por su sigla en inglés) de Penn State desarrolló una batería de iones de litio que es segura, tiene alta potencia y puede durar 1 millón de millas.
Las baterías de vehículos eléctricos generalmente requieren una compensación entre seguridad y densidad de energía. Si la batería tiene alta densidad de energía y potencia, que se requiere para conducir cuesta arriba o fusionarse en la autopista, entonces existe la posibilidad de que la batería se incendie o explote en las condiciones incorrectas. Pero los materiales que tienen baja densidad de energía / potencia y, por lo tanto, alta seguridad, tienden a tener un bajo rendimiento. No hay material que satisfaga a ambos. Por esa razón, los ingenieros de baterías optan por el rendimiento sobre la seguridad.
«En este trabajo decidimos que íbamos a adoptar un enfoque totalmente diferente», dijo Chao-Yang Wang, profesor de ingeniería y ciencias mecánicas, químicas y de materiales, y William E. Diefenderfer, Presidente de Ingeniería Mecánica, Penn State. «Dividimos nuestra estrategia en dos pasos. Primero, queríamos construir una batería altamente estable con materiales altamente estables».
Su segundo paso fue introducir calentamiento instantáneo. Hace unos cuatro años, Wang desarrolló una batería de autocalentamiento para superar el problema del bajo rendimiento en climas fríos. La batería utiliza una corriente eléctrica para calentarse en segundos en comparación con las horas que requiere un calentador externo. Al calentar la batería desde la temperatura ambiente a alrededor de 140 grados Fahrenheit (60 grados Celsius), la batería obtiene un impulso instantáneo en la reactividad porque la ley de la cinética es que la reactividad aumenta exponencialmente con la temperatura.
«Con estos dos pasos puedo obtener una alta seguridad cuando no se usa la batería y una alta potencia cuando se usa», dijo.
La batería de autocalentamiento, llamada batería All Climate, ha sido adoptada por varias compañías automotrices, incluida BMW, y fue elegida para impulsar una flota de 10,000 vehículos que se utilizarán para transportar personas entre los lugares en los próximos Juegos Olímpicos de Invierno en Beijing.
El centro BEST prueba la seguridad de la batería utilizando equipos de penetración de clavos. Conducen el clavo hacia la celda y provocan cortocircuitos. Luego monitorean la celda para temperatura y voltaje. La diferencia de temperatura para la celda pasivada fue de 212 grados F (100 grados C) en comparación con una celda de batería estándar que fue de 1,832 grados F (1000 grados C), una mejora enorme.
Debido a que sus baterías están construidas con materiales estables, tienen una larga vida útil. Incluso a 140 grados F, su número de ciclo es superior a 4000, lo que se traduce en más de un millón de millas.
El próximo proyecto del equipo será desarrollar una batería de estado sólido, que probablemente también requiera calefacción.
Figura 1. Ilustración de una nueva batería de iones de litio que es segura y de alto rendimiento, desarrollada por investigadores de Penn State. Crédito: Jennifer McCann / Penn State
El trabajo actual aparece en la revista Science Advances y se titula «Un nuevo enfoque para la seguridad y el alto rendimiento de las baterías de iones de litio». Los coautores de Wang son los profesores asistentes de investigación Shanhai Ge, Yongjun Leng y Xiao-Guang Yang, y los estudiantes de doctorado Teng Liu, Ryan Longchamps, Yue Gao y Daiwei Wang. Donghai Wang, profesor de ingeniería mecánica y química, Penn State, también participó en este trabajo.
Noticia de: Techxplore.com / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade.com
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