La revolucionaria tecnología de batería de coche eléctrico de la que nunca has oído hablar

Una vida más larga, un mayor alcance y una mayor seguridad para las baterías de vehículos eléctricos está tentadoramente cerca gracias a estos desarrollos

La tecnología de baterías avanza rápidamente, con diferentes químicas de celdas y tecnología de carga que potencialmente revolucionarán los vehículos eléctricos (EV) en unos pocos años.

Aquí hay un resumen de algunas de estas tecnologías revolucionarias, desde nuevos materiales de batería hasta robótica de IA para un desmontaje de batería más seguro y rápido.

La mayoría de las baterías EV modernas en 2023 utilizan la química de celdas de iones de litio, con diferentes diseños de celdas y mezclas de metales. Pero casi todos usan un ánodo de grafito, que es uno de los factores que hace que el rendimiento de la batería de iones de litio se degrade con el tiempo y los ciclos de carga.

Ahora, los ánodos de silicio están destinados a uno de los grandes avances técnicos que realmente podrían mejorar la duración y el rendimiento de la batería. Los ánodos de batería de silicio se han experimentado desde la década de 1970. Sin embargo, las baterías de litio-silicio han dado grandes saltos en los últimos años, ya que se ha vuelto más crítico mejorar las velocidades de carga de las baterías, la longevidad del rendimiento y la densidad de energía de las celdas.

Vale la pena aclarar que las baterías de litio-silicio (como se las conoce) son una submarca de iones de litio y, por lo tanto, aún dependen de metales difíciles de obtener como el cobalto y el níquel, pero el material del ánodo de silicio puede transformar el la velocidad de carga y la longevidad de la batería.

StoreDot tiene su sede en Israel y ha estado en la cúspide del desarrollo de ánodos de silicio durante más de 10 años, beneficiándose de vínculos sustanciales con Daimler y Volvo. Hizo un gran avance recientemente con su batería de litio-silicio '100 en 5', que es capaz de cargar a 100 millas por cinco minutos de tiempo de carga (o 10-80% en aproximadamente 10 minutos para una batería de 75kWh) pero también ha demostrado tener una excelente longevidad.

Las pruebas demostraron que la batería de StoreDot puede cargarse ultrarrápidamente del 10 al 80 % con un cargador de 350 kW, antes de descargarse a un ritmo rápido durante una hora antes de otra carga ultrarrápida, y así sucesivamente 1000 veces antes del rendimiento de la batería. se degrada al 80% de lo que era cuando era nuevo, mostrando una longevidad mucho mayor en condiciones de carga tan extremas que un ánodo de grafito tradicional.

"Estábamos muy emocionados de enviar las muestras de baterías 100 en 5 a nuestros socios", me dijo Doron Myersdorf, director ejecutivo de StoreDot. "Esto [la batería 100 en 5] es algo que antes se consideraba imposible de hacer.

"Todos los expertos que nos visitaron hace muchos años y nos dijeron que esta batería de carga extremadamente rápida no se puede hacer debido a la resistencia y el calor, etc. Sin embargo, logramos crear una batería que tiene mucha menos resistencia y puede cargarse de manera muy segura, repetidamente, por 100 millas de alcance en menos de cinco minutos".

Al igual que con cualquier tecnología, el silicio tiene desventajas, que es propenso a una gran expansión de volumen cuando se calienta durante la carga. Myersdorf describió cómo la batería 100 en 5 "usa una estructura 3D de carbono casi como una esponja, que tiene silicio incrustado en los canales. Cuando los iones ingresan a esos canales durante la carga, inflan las partículas de silicio de tamaño nanométrico, pero no se infla fuera de la estructura 3D. Así es como utilizamos el silicio de manera segura sin pagar la penalización de la expansión".

Espere ver esta nueva tecnología de batería de silicio en el mercado de vehículos eléctricos premium en los próximos dos años.

Pocas personas saben que las baterías sin cobalto ya están en uso, y se han utilizado en grandes cantidades durante muchos años, en el sector de los vehículos comerciales. Ahora, con el avance de las baterías de fosfato de hierro y litio (LFP) sin cobalto, también se convertirán en una característica bienvenida de los vehículos eléctricos de pasajeros y ya son ampliamente utilizadas por Tesla, MG y BYD.

La tecnología LFP ha existido durante muchos años, pero el hecho de que no pudiera contener tanta energía como las baterías de iones de litio significó que la mayoría de los fabricantes se centraron en eso y se convirtió en la norma.

Pero, en China, el desarrollo de baterías LFP continuó durante las últimas décadas y ahora se utilizan en casi la mitad de los vehículos eléctricos que se venden allí. Los fabricantes chinos BYD y SAIC (propietario de la marca MG), y Tesla en su Modelo 3 de rango estándar, ofrecen baterías LFP con un potencial de rango similar al de las baterías de iones de litio, por lo que se espera ver muchas más baterías LFP en el futuro.

BYD también ha demostrado que LFP puede ser más seguro con su nueva batería 'Blade'. Las celdas están dispuestas en tiras en lugar de cajas convencionales o formas de celdas cilíndricas, de ahí el nombre Blade, y la compañía martilló públicamente recientemente una batería Blade para demostrar que no se incendia incluso cuando las partes internas de la celda están expuestas al oxígeno. .

¿Las desventajas? Existe una preocupación real sobre la viabilidad de LFP para el reciclaje. Los materiales en sí son tan reciclables como los de una batería de iones de litio tradicional (que normalmente es reciclable en un 96 %, ya que solo las resinas no se pueden reutilizar), pero debido a que el hierro es un metal menos valioso que el cobalto o el níquel, actualmente es más barato extraer hierro nuevo que reciclarlo de baterías viejas.

Sin el incentivo comercial y financiero para reciclar, algunos expertos sugieren que no existe para las baterías LFP de la misma manera que ocurre con las de iones de litio.

Con el enorme crecimiento en las ventas de vehículos eléctricos, la industria de apoyo necesitaba hacer frente al inevitable aumento en la reutilización de baterías, mientras que el reciclaje también debe aumentar drásticamente.

Una gran parte de hacer que el proceso de reciclaje de baterías sea más seguro y eficiente es la recuperación y la "clasificación" de las baterías, donde se decide si es mejor reciclar la batería o reutilizarla en su estado actual. Esta es una parte particularmente difícil del proceso, ya que cualquier celda que pueda haberse visto comprometida debe tratarse con extrema precaución.

Por eso se está desarrollando robótica avanzada para ayudar a recuperar, analizar y desmontar baterías. El proyecto ReLib de la Institución Faraday, en asociación con la Universidad de Birmingham, ha estado desarrollando este tipo de robótica durante muchos años.

"Las pruebas tienen prioridad sobre el reciclaje, ya que muestran el estado de salud de la batería y permiten que el usuario final repare o reemplace los módulos de batería dañados o al final de su vida útil", dice el Dr. Alireza Rastegarpanah, quien dirige el equipo de robótica de ReLib. "Sin embargo, probar baterías dañadas impone mayores riesgos de seguridad que las baterías al final de su vida útil. La automatización de este proceso puede reducir en gran medida los riesgos de seguridad y también ayudar a una recuperación más eficiente de materiales críticos".

El Dr. Rastegarpanah y el profesor Rustam Stolkin ya han desarrollado una serie de estructuras avanzadas de robótica e inteligencia artificial para automatizar este proceso, que también es capaz de desarmar baterías con diferentes diseños; significativo, ya que la falta de uniformidad en el diseño de los paquetes de baterías de los vehículos es uno de los principales problemas para establecer un protocolo seguro de prueba y desmontaje.

"Las baterías se recuperarán, reciclarán y reutilizarán de manera más eficiente utilizando tecnología robótica en un futuro próximo", explica Rastegarpanah. "Con la robótica, las baterías se pueden desarmar... de manera más eficiente y se pueden reducir los desechos. La visión artificial y la inteligencia artificial también se utilizan para clasificar e identificar las baterías, y los robots pueden aprender a identificar diferentes tipos de baterías y sus componentes mediante algoritmos de aprendizaje automático. ."

También es probable que los pasaportes digitales y la tecnología blockchain revolucionen la facilidad con la que se pueden evaluar y reciclar las baterías. En resumen, esta tecnología le da a la batería un historial digital fácil de rastrear, detallado y a prueba de manipulaciones que permite a las empresas que reutilizan o reciclan verificar fácilmente el estado de los componentes.

No solo es una manera fácil de comprobar el estado de la batería. El equipo de robótica de ReLib está utilizando la tecnología blockchain para ayudar a los sistemas de robótica, con información como los dibujos 3D CAD (diseño asistido por computadora) de la batería para realizar tareas relevantes de manera más rápida y eficiente.