Recarga rápida de baterías
Ingeniería

Un nuevo componente para pilas eléctricas podría permitir recargarlas en segundos en vez de en horas

(NC&T) El trabajo podría permitir además la recarga rápida de baterías en automóviles eléctricos, aunque esta aplicación en particular estaría limitada por la cantidad de potencia eléctrica disponible en la red eléctrica del propietario.

El trabajo lo dirige Gerbrand Ceder, Profesor de Ingeniería y Ciencia de los Materiales. Debido a que el material usado no es nuevo (los investigadores simplemente han cambiado la manera en que lo fabrican), Ceder cree que la innovación podría salir al mercado dentro de dos o tres años.

Las baterías recargables de litio modernas tienen densidades de energía muy altas (son buenas para almacenar grandes cantidades de carga eléctrica). El inconveniente es que se demoran mucho absorbiendo y descargando esa energía eléctrica. Esto es evidente en las baterías actuales para los autos eléctricos. Son capaces de acumular mucha energía, de modo que el usuario puede conducir a 90 kilómetros por hora durante un largo tiempo, pero el flujo de energía es lento. No se puede acelerar el vehículo con rapidez; sólo poco a poco.

¿Por qué esas lentas tasas de absorción y liberación de energía? Tradicionalmente, los científicos han pensado que los iones de litio, responsables junto a los electrones de transportar la carga a través de la batería, sólo pueden moverse así de despacio a través del material.

Recarga rápida de baterías
Muestra del nuevo material. (Foto: Donna Coveney)
Sin embargo, unos cinco años atrás, Ceder y sus colegas hicieron un descubrimiento sorprendente. Cálculos por ordenador sobre un material bien conocido, el fosfato de litio-hierro, predijeron que los iones de litio del material deberían estar moviéndose muy rápido.

De modo que, si el transporte de los iones de litio debía ser tan rápido, algo tenía que estar entorpeciéndolo.

Cálculos posteriores mostraron que los iones de litio pueden ciertamente moverse muy rápido dentro del material, pero sólo a través de túneles a los que se accede desde la superficie. Si un ión de litio en la superficie está directamente en frente de la entrada de un túnel, no hay problema: se mete dentro del túnel de manera eficiente. Pero si el ión no está directamente ante la boca del túnel, no logra alcanzarla debido a que no puede moverse del modo adecuado para acceder a esta entrada.

Ceder y Byoungwoo Kang han ideado una solución para el problema, mediante la creación de una nueva estructura de superficie que permite a los iones de litio moverse rápidamente alrededor de la zona externa del material, de modo muy parecido a como lo hace un vehículo por una circunvalación alrededor de una ciudad. Cuando un ión que está viajando a lo largo de esta circunvalación alcanza un túnel, es instantáneamente desviado dentro de éste.

Usando su nueva técnica de fabricación, ambos procedieron a crear una pequeña batería capaz de ser cargada o descargada completamente en un periodo de entre 10 y 20 segundos.

Además, a diferencia de otros materiales para baterías, el nuevo material no se degrada tanto cuando es cargado y recargado repetidamente.


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