Imagina poder recargar tu vehículo eléctrico en el tiempo que tardas en terminarte un café.
Chunsheng Wang está desarrollando una composición química para baterías con el fin de acelerar los tiempos de carga
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Es difícil pasar por alto la diferencia: se puede llenar el depósito de un coche en tan solo unos minutos. En cambio, cargar la batería de un vehículo eléctrico (VE) puede llevar 30 minutos o más. Chunsheng Wang, catedrático distinguido de ingeniería química y biomolecular de la Universidad de Maryland, y su equipo están trabajando para reducir ese tiempo, un paso fundamental para pasar del predominio de los vehículos propulsados por combustibles fósiles a otros eléctricos más limpios y eficientes. «Si quieres competir con el motor de gasolina, tienes que conseguir un tiempo de carga similar para la batería», afirma Wang.
El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) aboga por el desarrollo de baterías para vehículos eléctricos que se carguen al 80 % en menos de 15 minutos. Wang y Chang-Xin Zhao, investigador de su laboratorio, están trabajando para superar este objetivo reduciendo el tiempo de carga a tan solo 10 minutos —lo que ellos denominan «el tiempo de un café»—.
«Para cuando te termines el café, el vehículo ya estará cargado», afirma Zhao. «Eso es lo que queremos conseguir».
La barrera oculta de la carga rápida
Los esfuerzos anteriores por acelerar la recarga se han centrado en modificar la estructura de los electrodos de la batería, lo que, sin quererlo, reduce la cantidad de energía que esta puede almacenar —una compensación problemática—.
El grupo de Wang está ideando formas de eludir esta compensación centrándose en la química de las baterías. En una investigación descrita en la revista *Science*, su equipo, dirigido por Zhao, identificó una limitación latente en el electrolito, el medio por el que se desplazan los iones de litio cuando una batería se descarga o se carga. Durante la recarga, los iones se desplazan desde el polo positivo de la batería hacia el negativo. Pero no realizan el trayecto solos: cada ion recoge varias moléculas de un componente fundamental del electrolito —su disolvente— y las arrastra consigo.
Si la carga se produce lentamente, el disolvente vuelve a fluir hacia el material poroso del polo positivo, rellenándolo. Sin embargo, durante la carga rápida, el disolvente no da abasto: el electrodo se seca y la carga se ralentiza notablemente. Los químicos ya conocían este fenómeno —denominado «arrastre electroosmótico»— en las pilas de combustible, pero su presencia en las baterías de iones de litio había pasado desapercibida hasta este estudio dirigido por la Universidad de Maryland.
Rediseño del electrolito
El equipo descubrió que podía reducir el riesgo de que los electrodos se secaran rediseñando los electrolitos.
Al añadir grupos químicos que contienen flúor a las moléculas del disolvente dentro de los electrolitos, los investigadores redujeron la atracción entre el disolvente y los iones de litio, y favorecieron que el disolvente volviera a fluir hacia el terminal positivo con mayor facilidad. Esta nueva composición química reduce drásticamente las posibilidades de que los electrodos se sequen, incluso a velocidades de carga rápida.
Probaron el electrolito modificado construyendo una pequeña batería denominada «célula tipo bolsa» de cuatro amperios-hora. Aunque resulta difícil alcanzar una carga del 100 % sin sacrificar otros aspectos del rendimiento de la batería, los resultados se ajustaron a los objetivos del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE):
- 80 % de carga en 12,8 minutos
- 90 % de carga en 14,7 minutos
Estableciendo un nuevo estándar
Wang pretende reducir aún más los tiempos de carga, hasta los 10 minutos, combinando el disolvente fluorado con una segunda estrategia química: un electrolito adaptativo que ha desarrollado su equipo. Esta sustancia se separa para proteger ambos terminales de las tensiones que genera la carga rápida.
Reducir los tiempos de espera es solo una parte del objetivo. Su equipo también está trabajando para prolongar la vida útil de las baterías cuando no se utilizan, así como ampliar el rango de temperaturas a las que funcionan.
«Queremos fabricar una batería que pueda satisfacer todos los requisitos, sin sacrificar nada», afirma Wang. «Ese es nuestro objetivo».
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