Jeff Dahn, investigador de baterías: Por qué tiene sentido la batería del millón de millas

El equipo de investigación de baterías en torno a Jeff Dahn sigue trabajando en la batería del millón de millas. Como explicó el investigador de baterías de Tesla en una conferencia en línea, el objetivo real no es hacer que un coche eléctrico recorra 1,6 millones de kilómetros con ella, sino poder utilizar la batería en aplicaciones V2G.

En esencia, el trabajo ya se describió en Octubre de 2020, cuando Dahn y su equipo presentaron una célula que supuestamente duraría unos 10.000 ciclos y proporcionaría corriente de tracción durante más de tres millones de kilómetros. Dahn también se refirió a estos resultados durante su intervención en la conferencia sobre software para baterías "Twaice Vision", organizada por Twaice, especialista en análisis de baterías con sede en Múnich.

En algunas conclusiones, sin embargo, Dahn, que sintonizó directamente desde su despacho en la Universidad Dalhousie, se desvió de declaraciones anteriores. En 2020, por ejemplo, Dahn había mencionado el uso en taxis de conducción autónoma con un kilometraje extremadamente elevado como un posible campo de aplicación de dichas células.

En la conferencia en línea Twaice, retransmitida desde Múnich, el investigador de baterías afirmó que el uso de este tipo de células de larga duración en los vehículos privados no sólo es posible, sino realmente necesario en el futuro, aunque no para recorrer con ellas más de un millón de kilómetros en un coche eléctrico.

"Tenemos que prescindir de los combustibles fósiles", dijo Dahn durante su presentación. "Es más barato instalar paneles solares y energía eólica que carbón. Sin embargo, la producción de energía no es tan constante, por lo que necesitamos almacenamiento de energía a gran escala."

El V2G resuelve la escasez de almacenamiento de energía

Lo bueno, dijo, es que la producción mundial de baterías se multiplicará por más de cinco para 2030, a partir de 2020. En este caso, la gran mayoría de la capacidad de producción de células de baterías anunciada y prevista se destinará a todo tipo de vehículos eléctricos, desde las e-bikes hasta los coches eléctricos, pasando por los autobuses y camiones eléctricos de batería. "El crecimiento estará impulsado por las aplicaciones de eMovilidad, y no tanto por el almacenamiento de energía", afirma Dahn.

Sin embargo, para poder almacenar las cantidades de energía correspondientes en almacenamientos de energía de red, el desarrollo de aplicaciones vehículo-red (V2G) es inevitable, según Dahn. Con la carga bidireccional, la capacidad de almacenamiento incorporada en el coche eléctrico puede utilizarse para tareas de red: La consideración en sí misma no es nueva: la mayoría de los coches están parados la mayor parte del día.

Según el investigador de baterías, las celdas deben ser adecuadas para esta tarea. "Si una batería para VE está diseñada para 800 ciclos, es suficiente para la mayoría de las aplicaciones automovilísticas, pero no se puede utilizar bien para V2G", dice Dahn. Calcula 400 ciclos al año para el almacenamiento de energía en red. "Con 10.000 ciclos, una célula de batería de este tipo durará 25 años, lo que también coincide con la vida útil de los paneles solares y las turbinas eólicas", dice el investigador.

Para lograr esa resistencia al ciclo, el equipo de investigación de Dahn trabaja con aditivos para el electrolito. En la célula, el electrolito reacciona con los materiales del electrodo a lo largo del tiempo, por lo que se deposita una fina capa de productos de reacción en la superficie del ánodo y el cátodo. Dado que muchos de estos productos de reacción contienen litio, siguen permitiendo el transporte de iones de litio, aunque la película de "interfase de electrolito sólido" garantiza un transporte reducido de iones. A medida que la célula envejece, la capacidad utilizable disminuye.

Los aditivos reactivos en el electrolito están destinados a reducir la reacción con el material del electrodo y, por tanto, la formación de esta película. "Utilizando estos aditivos, con sólo unos pocos porcentajes en peso de mezcla, se puede prolongar considerablemente la vida útil de las baterías de iones de litio", afirma Dahn.

Las células para almacenamiento estacionario tienen requisitos diferentes a los de un coche eléctrico

El equipo de Dahn trabaja con una célula NMC532 con ánodo de grafito. Estas células se compran secas, es decir, sin electrolito, a un proveedor chino. A continuación, el electrolito se mezcla con los aditivos en el laboratorio. "Encontrar la mezcla ideal de aditivos es un reto enorme, y le dedicamos mucho tiempo en el laboratorio", dice Dahn. A lo largo de varios años, se desarrolló una combinación de materiales que aún alcanza el 90% de su capacidad original tras 12.000 ciclos a temperatura ambiente.

Aquí hay que señalar que tal durabilidad sólo es posible actualmente en el laboratorio, e incluso eso sólo con bajas potencias de carga y descarga. Esta célula se cargó y descargó a 1C. Con hasta 3C, la durabilidad sigue estando por encima de la media, pero ni de lejos es tan buena. Sin embargo, el funcionamiento a 1C es importante para las aplicaciones de vehículo a red cuando el coche se carga o descarga a baja potencia. La carga rápida, sin embargo, también perjudica a esta batería duradera a largo plazo.

Al final de su charla en "Twaice Vision", Dahn informa de retos bastante diferentes, a saber, que si la química de la célula dura tanto, antes fallarán otros componentes como la carcasa, el hardware del módulo o el sistema de gestión de la batería. "Ya tuvimos un caso así en nuestro laboratorio, en el que falló el equipo de carga y tuvimos que trasladar la célula a un nuevo entorno", dice Dahn.

La asociación de investigación de la Universidad Dalhousie con Tesla es exclusiva y fue renovado en enero de 2021. El fabricante californiano de coches eléctricos es, por tanto, algo más que un simple tercero que financia a la universidad. El primer acuerdo se firmó en junio de 2015, y oficialmente el acuerdo, que comenzó en 2016, estaba previsto hasta 2021. El acuerdo actual se extiende hasta "al menos 2026".

Con información de Sebastian Schaal, Alemania.

Fuente: Conferencia retransmitida por Internet