Un grupo de ingenieros e investigadores de la Universidad del Noroeste (Nortwestern University, Illinois), en los Estados Unidos, han desarrollado un nuevo tipo de baterías de iones de litio y silicio-grafeno, capaces de conseguir una capacidad diez veces mayor que las actuales y recargar diez veces más rápido, además de conseguir alargar su vida útil.
En una batería tenemos, de manera muy resumida, tres elementos, el ánodo, el electrólito y el cátodo. Cuando una batería se está descargando los iones de litio se trasladan desde el ánodo, a través del eletrólito, hasta el cátodo. Cuando la batería se recarga el movimiento se produce a la inversa.
La capacidad de carga, que depende de la densidad energética, tiene que ver con la cantidad de átomos de litio que pueden ser almacenados en el ánodo (o en el cátodo). La velocidad de la recarga tiene que ver con la velocidad a la que los iones de litio vuelven del cátodo al ánodo, viajando a través del electrólito.
En las actuales baterías de iones de litio el ánodo suele estar formado por láminas capa tras capa de grafeno (basado en el carbono). Pueden almacenar un átomo de litio por cada seis átomos de carbono. Si el ánodo se forma con láminas de silicio, se pueden almacenar cuatro átomos de litio por cada átomo de silicio.
El silicio, sin embargo, presenta un inconveniente, se expande y se contrae mucho durante el proceso de recarga, causando su fragmentación con el tiempo y pérdida de capacidad de carga. Lás láminas de grafeno son muy delgadas, de un sólo átomo de carbono de espesor, y proporcionalmente son muy largas, por lo que los iones de litio tienen que emplear mucho tiempo viajando hasta una posición libre, por eso la velocidad de recarga es lenta.
Los investigadores de esta universidad han encontrado la solución para estos dos inconvenientes. Para evitar la expansión y contracción han optado por combinar los grupos de silicio entre las láminas de grafeno, a modo de sándwich. Se consigue más densidad energética que solo con grafeno, y estas absorben la dilatación del silicio sin que se fragmente.
Para conseguir que los iones de litio lleguen más rápido a una posición libre, han recurrido a un proceso de oxidación química que crea agujeros minúsculos de 10 a 20 nanómetros, que sirven de atajo para que se cuelen los átomos de litio, aumentando la velocidad de recarga. El resultado final es el que os he contado al comienzo del artículo: se consigue una densidad energética diez veces mayor y recargar la batería diez veces más rápido.
Estas nuevas baterías podrían comercializarse en los próximos tres a cinco años, y no solo para baterías de dispositivos electrónicos, sino también para vehículos eléctricos. Estas mejoras se han conseguido solo trabajando en el ánodo, pero no descartan trabajar en el futuro sobre el cátodo o sobre el electrólito, con resultados que puedan mejorar aún más sus prestaciones.
Imaginad las ventajas de un coche eléctrico con estas baterías: con el mismo tamaño y peso de baterías podríamos tener 1.500 km de autonomía (en lugar de 150 km), o bien con baterías mucho más pequeñas y ligeras, podríamos tener esos 150 km de autonomía y recarga en 48 minutos (en lugar de 8 horas). Solo falta saber el precio.
Vía | Physorg
En Motorpasión Futuro | Baterías de iones de litio e imida: más capacidad, más vida útil, Nuevo avance en tecnología de baterías: esponja de aluminio
Comentarios
interesante
Hum, para poder recargar tanta energía en tan poco tiempo, sin trifásica y cargadores especializados ya nos podemos ir olvidando del tema... Si un coche eléctrico con 24 kWh se carga en 8 horas a 16 amperios, si tiene 10 veces más capacidad, se recargaría en 80 horas.
Ese tipo de recarga rápida sería exclusivamente para electrolineras y puntos dedicados de recarga, seguramente serían inasumibles económicamente para los particulares.
interesante
Las casas antiguas tienen instalada 2Kw de potencia, cualquier casa moderna pequeña tiene 3,5kw (los 220v y 16A) Con casas más grandes hay instalada 5kw de potencia.
Y para tarifación doméstica y por tanto susceptible de utilizar las tarifas supervalle el límite de potencia son 10kw.
Para el coche eléctrico de gran capacidad será necesario contratar una línea dedicada e independiente de la casa.
Con 10kw tienes 60kwh de carga en supervalle todos los días, 300km diarios. Y sumando la valle son 120kwh diarios.
Si planteas la carga desde la perspectiva semanal, cubriendo las necesidades diarias más un plus que vas guardando para el fin de semana, puedes tener para 2000km semanales sin escatimar en calefacción ;)
Que tener una línea adicional es caro, y más con 10kw de potencia instalada. Sí, pero sigue siendo claramente más barato que gastar gasolina o diesel.
La recarga rápida por encima de 10kw de potencia quedará para electrolineras y situaciones puntuales.
El coche eléctrico obliga a cambiar las costumbres en torno al vehículo, por eso hay muchos detractores de él, porque quieren sus ventajas pero sin renunciar a las costumbres del coche convencional.
Saludos
Cierto, no sería posible cargar toda la batería durante la noche, pero sí que se podría ir cargado algo más de energía de la que se consume durante el día para, por ejemplo, tener energía suficiente para la salida del fin de semana.
Si actualmente hay que vigilar con la planificación del viaje, será posible cambiar esto por la planificación de las cargas (a mí me parece más apetecible que la primera opción).
No se si tal vez lo haya entendido mal, pero ¿se recargan diez veces más rápido (soportan una intensidad diez veces superior al estándar actual) o por el contrario se recargan en un tiempo diez veces inferior al actual?
Según el texto de la noticia se aumenta la capacidad por 10 respecto a las baterías actuales y también se reduce el tiempo de carga en 10 veces. Es decir, mayor potencia para el mismo tamaño de batería y reducción del tiempo de carga, las dos cosas a la vez.
No es que soporten una intensidad de carga diez veces superior (eso ya existe hoy en día con las baterías que soportan recarga rápida, aunque sea a costa de coger una alta temperatura y sufrir su vida útil), es que el ánodo se colmata de átomos de litio diez veces más rápido que en las actuales, es decir, el tiempo necesario para la recarga es diez veces inferior al de las baterías de iones de litio que tenemos hoy en día.
Un saludo Alberto.
Exactamente, esa es la gran pega que nadie quiere ver. Hace poco dijeron que en España habia capacidad energetica para soportar unas decenas de miles de coches electricos (hablando de los actuales). Así que si multiplicamos por 10 la cantidad de energia en cada coche, apènas soportaria nuestra red unos pocos miles de coches electricos.
De donde carajo vamos sacar la energía?
interesante
¿Unas decenas de miles de coches eléctricos?
Disculpa, pero según Red Eléctrica de España, el operador del sistema eléctrico español, son unos millones de coches eléctricos, entre 5 y 6,5 millones, los que puede soportar el actual sistema eléctrico. Hablamos ya de ello en este artículo de Motorpasión Futuro.
Un saludo Francisco Javier.
-- editado por última vez a las 14:39
Pues grave error el mio. Aun así, si aumentamos la capacidad energetica de los coches electricos, "cabrian" muchos menos, y eso nos llevará a la gran cuestión de como conseguir esa energía.
interesante
La clave a corto medio plazo es la hora valle.
Entre las 12 y las 7 de la mañana la potencia consumida baja de unos 26.000Mw, mientras que de día anda por los 34.000 a 38.000Mw, con días en que se alcanzan los 45.000Mw.
Eso significa que de noche hay capacidad de generar energía pero no se usa. Lo que se puede parar, se para.
Si cargas los coches de noche entre las 12-1 hasta las 6-7 puedes tener de 9.000 a 19.000Mw de potencia para hacerlo.
Ponle 10.000Mw, y con coches conectados a líneas de 10kw: un millón de vehículos eléctricos conectados de noche a 10kw. Sin necesidad de incrementar la capacidad de generación.
Evidentemente esa energía no sale de la nada, se aumenta el gasto energético en forma de electricidad, pero el gasto energético en forma de derivados del petróleo baja más.
Además la sobreproducción puntual de la eólica de noche que es cuando peor salida tiene podría utilizarse para los coches, energía que de otro modo se desperdicia porque los parques eólicos se ven obligados a detener molinos cuando no hay demanda.
A largo plazo y si se venden masivamente los coches eléctricos habrá que aumentar la capacidad de generación de la red.
También habrá que invertir en reforzar las líneas urbanas de potencia, porque el consumo aumentará.
Teniendo en cuenta que el consumo de energía de derivados del petróleo anda por 600.000Gwh anuales, y si se sustituyese todo ese consumo por eléctrico, teniendo en cuenta que es más eficiente y puedes reducir a la cuarta o quinta parte este consumo, pues tampoco es descabellado.
Ponle que te ahorras dos terceras partes, 200.000Gwh de producción adicional.
Ahora mismo se producen 235.000Gwh de energía eléctrica al año, y en los buenos tiempos (2007) se produjo 275.000Gwh.
Saludos
Totalmente de acuerdo, Nestoret:
La idea quizás no sería cargarla toda de una vez, sino ir cargando cada vez que puedas. Se me ocurren algunas soluciones: todas las noches en el garaje o aparcamiento, el día que no coges el coche (ese típico domingo), cuando vas a una gran superficie que lo tenga, en los aparcamientos/trabajo con cargadores, gasolineras cuando paras a tomar un café en el viaje...
De todas formas, si vamos a cargar el coche en enchufes de casa/garaje, al final tendremos que aumentar la potencia contratada, ¿no?
Saludos.
Ángel.
Evidentemente la respuesta es que habitualmente no llevaremos baterías de 240 kwh, sino de 30 o 35 kwh, y que pesarán 40 kg.
Llevaremos zócalos en los coches como los aparatos de juguete con las pilas.
¿Que nos vamos de viaje? Alquilamos más módulos y le metemos un par de mochilas ya cargadas de otros 40 kilos cada una y a correr. ¿Para que voy a pagar 240 kwh de capacidad que solo usaré 20 días al año?
Yo que no tengo garaje, lo veo clarísimo: a recargar a la electrolinera, que siempre me sigue saliendo mucho más barato que la gasolina.
Si esto es verdad, vamos, que empiecen ya mismo. Ya no 1500km. de autonomía, con 1000km y recargados en una hora en electrolinera, sería genial. A mucha gente 1500km le da para un mes entero…
O también una autonomía de 500km y la batería 2/3 más pequena y ligera, por lo tanto más espacio ó coche más pequeño y mucho menos consumo, por lo tanto incluso algo mas de autonomía, si esque todo son ventajas, jeje lo que seguro que no hace gracia es el precio y el tiempo que tardarán en implantarse.
Sobre el papel muy bonito, me pregunto si veremos algo parecido para el ciudadano medio antes de que pasen 10 años...Llevamos bastante tiempo ya esperando esa revolución que solucione los problemas de autonomía en el mundo de las baterías, pero parece que el tema está difícil.
Yo firmo ahora mismo por verlo dentro de 10 años. O incluso 15. Dentro de diez años me conformo con que tripliquen la densidad.
Hoy en dia tenemos una dependencia BRUTAL tanto de la electricidad (movil, ordenador,tv,luz,calefaccion...) como del petroleo (automocion,industria).
Mi pregunta es: ¿estamos preparados, tanto a nivel individual como colectivo, moral o infraestructural, para poner todas nuestras necesidades a depender de UNA sola cosa? Hoy dia tenemos el "riesgo" un poquitin "diversificado" (si suben la luz, el coche te sigue saliendo por lo mismo, y si suben la gasolina, cargar el movil no se pone mas caro). Si ya actualmente nos dan por el culo con todo (con perdon)... ¿como podria ser cuando dependamos UNICA y EXCLUSIVAMENTE (y para todo) de la electricidad?
Creo que antes de lanzarnos a la piscina tan facilmente (reconozco que es dificil no sucumbir a la emocion de todo el avance en este sentido) deberiamos plantearnos cosas mucho mas sencillas y criticas como esta, y buscarle soluciones, en vez de pelear que si hidrogeno, que si bateria que si no tengo hidrolinera aqui al lado
¿Cómo que las baterías actuales de litio usan grafeno? Ya nos gustaría, usan GRAFITO, que es distinto... El grafito son capas de grafeno superpuestas como bien pones, y el grafeno es el material base para formarlo, cada una de las capas. No es lo mismo porque las propiedades físicas y mecánicas de ambos materiales como tales son muy distintas. Una cosa es poner capas de grafeno (aisladas) y otra es poner grafito (capas de grafeno unidas mediante fuerzas de van der waals
-- editado por última vez a las 01:58
Para cuando las baterias intercambiables? O sea, que llegases a la electrolinera, te sacasen una bateria vacia, tipo bombona de butano, y te pusieran otra de cargada, mientras se quedan la vacia para recargar-la y ponerla en otro coche.
cual seria el tiempo de parada para hacer esto? lo mismo que llenar el deposito? mmmmm puede ser. que problema hay entonces para no hacerlo??? por que somos OBEJAAAS!! nos mangonean siempre como ellos quieren (las grandes multinacionales). A pasar por el aro venga! y el cajon lleno de patentes buenissimas!
Señores, me declaro indignado.
Saludos
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