Con la introducción de una nueva química de baterías ha surgido una solución novedosa a los desafíos que enfrentan los propietarios de vehículos eléctricos en climas fríos.
El problema con las baterías de vehículos eléctricos
Las baterías de iones de litio existentes encuentran un obstáculo importante en las temperaturas bajo cero debido al electrolito líquido.
Este componente crucial de la batería facilita la transferencia de iones, responsables de transportar la carga, entre los dos electrodos, lo que permite que la batería se cargue y descargue.
Sin embargo, el electrolito líquido se congela a temperaturas bajo cero, lo que dificulta gravemente la eficacia de la carga de vehículos eléctricos en regiones y estaciones frías.
En respuesta a esta cuestión, un equipo de científicos de los Laboratorios Nacionales Argonne y Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. ha introducido un electrolito que contiene flúor que demuestra un rendimiento impresionante incluso a temperaturas bajo cero.
La investigación ofrece un atisbo de esperanza para la aplicación de este electrolito de baja temperatura no sólo en baterías de vehículos eléctricos sino también en el almacenamiento de energía para redes eléctricas e incluso en aparatos como ordenadores y teléfonos.
Zhengcheng “John” Zhang, químico senior y líder de grupo en la división de Ingeniería y Ciencias Químicas de Argonne, expresó el logro de su equipo: indicando“Nuestro equipo no sólo encontró un electrolito anticongelante cuyo rendimiento de carga no disminuye a -4 grados Fahrenheit, sino que también descubrimos, a nivel atómico, qué lo hace tan efectivo”.
En las baterías de iones de litio existentes, el electrolito combina una sal fácilmente disponible, hexafluorofosfato de litio y disolventes de carbonato como el carbonato de etileno. Estos disolventes disuelven la sal, dando como resultado la formación de un medio líquido.
Durante la carga, el electrolito líquido transporta iones de litio desde el cátodo al ánodo, rodeados por grupos de moléculas de disolvente.
Estos grupos forman una capa protectora llamada interfase de electrolito sólido, que permite que solo pasen los iones de litio y permite que el ánodo almacene átomos de litio para generar energía eléctrica tras la descarga.
Durante la carga inicial, los grupos forman una interfase protectora de electrolito sólido en la superficie del ánodo, que actúa como un filtro selectivo para los iones de litio mientras bloquea las moléculas de disolvente. Esto permite que el ánodo almacene átomos de litio en la estructura de grafito, generando electricidad tras la descarga.
Sin embargo, las bajas temperaturas provocan la congelación del electrolito con disolventes de carbonato, lo que impide el transporte de iones de litio al ánodo debido a la fuerte unión de grupos de iones y disolventes.
Por lo tanto, los científicos están buscando un solvente alternativo para superar este desafío.
Disolventes alternativos
El equipo investigó varios disolventes que contenían flúor e identificó la composición más eficaz para liberar iones de litio en temperaturas bajo cero. También determinaron los factores a nivel atómico que contribuyeron a su eficacia.
En pruebas de laboratorio a -4 grados Fahrenheit, el electrolito fluorado del equipo mostró una capacidad de almacenamiento de energía estable durante 400 ciclos de carga y descarga, equivalente a una celda que utiliza un electrolito convencional a base de carbonato a temperatura ambiente.
Según Zhang, la investigación reveló cómo personalizar los disolventes electrolíticos para temperaturas bajo cero.
El equipo también afirma que el electrolito anticongelante es más seguro que los electrolitos actuales a base de carbonato, ya que no es inflamable.
Actualmente también están patentando el electrolito más seguro y de baja temperatura y buscando un socio industrial para su implementación.
Los hallazgos del estudio fueron publicado en la revista Materiales Energéticos Avanzados
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