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Una batería con electrodos líquidos se puede recargar o rellenar
Un nuevo tipo de batería almacena energía en lo que los investigadores llaman combustible recargable: electrodos en forma líquida. El resultado puede recargarse como una batería convencional o reemplazarse bombeando combustible nuevo como gasolina.
Probador de batería : La química del Laboratorio Nacional de Argonne, Elena Timofeeva, prepara un experimento para probar un electrodo líquido (visto dentro de la bolsa intravenosa).
Teóricamente, los materiales podrían permitir que un automóvil eléctrico viaje 500 millas con una carga, cinco veces más lejos de lo que la mayoría de los vehículos eléctricos pueden ahora, dicen los investigadores que desarrollan la tecnología, que tienen su sede en el Laboratorio Nacional Argonne y el Instituto de Tecnología de Illinois. Reemplazarlos en una estación de servicio tomaría solo unos minutos. Por el contrario, incluso las estaciones de carga más rápidas para baterías convencionales tardan una hora en proporcionar una carga completa.
El rango de conducción limitado y los tiempos de recarga prolongados son dos de los mayores desafíos para los automóviles eléctricos. Los electrodos de batería líquidos podrían permitir un mayor alcance al aumentar la cantidad de energía que los paquetes de baterías pueden almacenar y, dado que se necesitarían menos componentes que no almacenen energía, también podría hacerlos más baratos.
Las baterías que usan electrodos líquidos también podrían ser más seguras que las convencionales, dice Ping Liu, gerente de programa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Energía, que está financiando el trabajo. Los materiales de los electrodos positivos y negativos se almacenarían en tanques separados, en lugar de dentro de la misma celda de batería que en las baterías convencionales. Esto podría evitar los cortocircuitos y el sobrecalentamiento que pueden provocar que las baterías de iones de litio se incendien.
Los combustibles recargables se encuentran en una etapa inicial, pero ARPA-E los ha considerado prometedores y ha anunciado fondos para cuatro grupos que están desarrollando la tecnología. Además del proyecto de Illinois, está respaldando proyectos en GE, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable, y 24M, una escisión del MIT.
Los investigadores de Illinois han demostrado hasta ahora una pequeña batería de media celda que usa un electrodo fluido y uno sólido. Para su proyecto financiado por ARPA-E de $ 3.4 millones, que comenzó el mes pasado, planean construir un prototipo que use líquidos para los electrodos positivos y negativos. Esta batería debe almacenar un kilovatio-hora de energía, suficiente para conducir unos pocos kilómetros.
En las baterías de automóviles eléctricos convencionales, hasta el 75 por ciento del material dentro de un paquete de baterías consta de componentes que no almacenan energía: empaquetamiento de celdas, sensores, conexiones eléctricas, sistemas de enfriamiento, etc. Con el almacenamiento de energía de fluidos, al menos en teoría, gran parte de ese material se puede eliminar, disminuyendo el tamaño y el costo de los paquetes de baterías.
La clave es separar los materiales que almacenan energía de las estructuras utilizadas para extraer esa energía y crear corriente eléctrica. En una batería convencional, cada capa de material de electrodo se empareja con una hoja de papel de aluminio y una membrana de plástico que permite que fluyan electrones e iones, creando corriente eléctrica. Si desea almacenar más energía, también debe agregar más capas de papel de aluminio y plástico.
En la nueva batería, los electrodos de fluido se almacenarían en tanques y se bombearían a través de un dispositivo relativamente pequeño para interactuar y generar electricidad. Incrementar el almacenamiento de energía sería solo una cuestión de agrandar los tanques de almacenamiento; el dispositivo donde se genera la electricidad podría permanecer del mismo tamaño. Cuanto más grandes sean los tanques, menos volumen total ocuparía el dispositivo generador de energía.
Los electrodos de fluidos han existido por un tiempo, por ejemplo, como parte de dispositivos llamados baterías de flujo, pero generalmente almacenan energía en una solución diluida que requiere demasiado volumen para usarse en un automóvil. Algunas baterías tienen electrodos fundidos que son más adecuados para aplicaciones estacionarias (consulte Mejor batería de Ambri). Cada uno de los proyectos ARPA-E tiene como objetivo encontrar formas de aumentar la densidad energética de los líquidos en un orden de magnitud. La escisión 24M del MIT es pionera en esta área, ya que ha demostrado que es posible suspender altas concentraciones de polvos de electrodos convencionales densos en energía en un líquido y extraer energía de ellos (consulte Una batería de automóvil a mitad de precio). El principal desafío es lograr una conductividad eléctrica lo suficientemente alta para una batería práctica.
Los investigadores de Illinois tienen un enfoque similar. Destacan el uso de polvos a nanoescala que pueden suspenderse en concentraciones muy altas y aun así fluir con facilidad, gracias a las propiedades peculiares de las partículas a tan pequeña escala. También han desarrollado una nueva forma de extraer corriente eléctrica de las partículas y esperan que esto les permita aumentar la conductividad. Los detalles son secretos hasta que terminan de registrar las patentes.
Las baterías de electrodos líquidos tienen algunos inconvenientes potenciales. Las nanopartículas pueden degradarse rápidamente y los investigadores apenas han comenzado a diseñar el sistema completo. Necesitan diseñar una forma de bombear los materiales de manera eficiente y fabricar la batería a bajo costo. Y recargar los automóviles rellenando los tanques con material nuevo requeriría instalar nueva infraestructura, lo que puede resultar costoso.
Mientras tanto, las baterías convencionales continúan siendo más baratas y la tecnología mejorada hace que se recarguen más rápido (consulte Cómo Tesla está impulsando la innovación en los autos eléctricos y Olvídese del intercambio de baterías: Tesla tiene como objetivo cargar autos eléctricos en cinco minutos).