La estudiante de ingeniería Chloe Acosta conecta un EV para cargar en clima nevado en el campus del norte de la Universidad de Michigan. La carga de EV se vuelve menos eficiente en clima más frío, pero una nueva estrategia para fabricar electrodos de batería podría permitir la carga en 10 minutos en temperaturas tan frías como -10 ° C. Crédito: Marcin Szczepanski, Michigan Engineering
Un proceso de fabricación modificado para baterías de vehículos eléctricos, desarrollado por ingenieros de la Universidad de Michigan, podría permitir rangos altos y una carga rápida en clima frío, resolviendo problemas que están alejando a los compradores de EV potenciales.
“Imaginamos este enfoque como algo que los fabricantes de baterías de EV podrían adoptar sin cambios importantes en las fábricas existentes”, dijo Neil Dasgupta, profesor asociado de Ingeniería Mecánica e Ciencia e Ingeniería de Materiales, y el autor correspondiente del estudio publicado en Joule.
“Por primera vez, hemos mostrado una vía para lograr simultáneamente una carga rápida extrema a bajas temperaturas, sin sacrificar la densidad de energía de la batería de iones de litio”.
Las baterías EV de iones de litio hechas de esta manera pueden cargar un 500% más rápido a temperaturas tan bajas como 14 ° F (-10 ° C). La estructura y el recubrimiento demostrados por el equipo evitan la formación del enchapado de litio de transmisión de rendimiento en los electrodos de la batería. Como resultado, las baterías con estas modificaciones mantienen el 97% de su capacidad, incluso después de tener cargas rápidas 100 veces a temperaturas muy frías.
Las baterías EV actuales almacenan y liberan potencia a través del movimiento de iones de litio de un lado a otro entre electrodos a través de un electrolito líquido. En temperaturas frías, este movimiento de los iones se ralentiza, reduciendo tanto la energía de la batería como la velocidad de carga.
Para extender el rango, los fabricantes de automóviles han aumentado el grosor de los electrodos que usan en las celdas de la batería. Si bien eso les ha permitido prometer unidades más largas entre los cargos, hace que parte del litio sea difícil de acceder, lo que resulta en una carga más lenta y menos potencia para un peso de la batería dado.
Anteriormente, el equipo de Dasgupta mejoró la capacidad de carga de la batería creando vías, aproximadamente 40 micras de tamaño, en el ánodo, el electrodo que recibe iones de litio durante la carga. La perforación a través del grafito volando con láseres permitió a los iones de litio encontrar lugares para alojarse más rápido, incluso en lo profundo del electrodo, asegurando una carga más uniforme.
Esto aceleró significativamente la carga de temperatura ambiente, pero la carga en frío todavía era ineficiente. El equipo identificó el problema: la capa química que se forma en la superficie del electrodo reaccionando con el electrolito. Dasgupta compara este comportamiento con la mantequilla: puede obtener un cuchillo a través de él, ya sea cálido o frío, pero es mucho más difícil cuando hace frío. Si intenta cargar rápidamente a través de esa capa, Lithium Metal se acumulará en el ánodo como un atasco de tráfico.
“Ese platado evita que se cargue todo el electrodo, una vez más, reduciendo la capacidad de energía de la batería”, Manoj Jangid, investigador senior de UM en Ingeniería Mecánica y coautor del estudio.
El equipo necesitaba evitar que se formara esa capa superficial. Hicieron esto recubrir la batería con un material vidrioso hecho de carbonato de borato de litio, aproximadamente 20 nanómetros de espesor. La adición de este recubrimiento aceleró significativamente la carga en frío, y cuando se combinó con los canales, las células de prueba del equipo fueron un 500% más rápidas de cargar en temperaturas de subfiseo.
“Por la sinergia entre las arquitecturas 3D y la interfaz artificial, este trabajo puede abordar simultáneamente el trilemma de la carga rápida a baja temperatura para conducir a largo plazo”, dijo Tae Cho, un reciente Ph.D. Graduado en Ingeniería Mecánica y primer autor del estudio.
En las últimas dos décadas, los EV se han vuelto más comunes en las carreteras a medida que los consumidores buscan mejores opciones ambientales, pero los resultados de la encuesta AAA mostraron que el impulso es difícil de mantener. De 2023 a 2024, el número de adultos estadounidenses que serían “probablemente” o “muy probables” de comprar un EV nuevo o usado cayó del 23% al 18%.
Y el 63% dijo que serían “poco probables” o “muy poco probables” para hacer un EV su próxima compra de vehículos. Parte de las preocupaciones son las caídas de rango sobre el invierno, combinadas con una carga más lenta, que se informó ampliamente durante el chasquido de frío de enero de 2024.
“Cargar una batería EV lleva de 30 a 40 minutos incluso para una carga rápida agresiva, y ese tiempo aumenta a más de una hora en el invierno. Este es el punto de dolor que queremos abordar”, dijo Dasgupta.
Los dispositivos se construyeron en el laboratorio de batería UM y se estudiaron en el Centro de Michigan para la caracterización de los materiales.
El equipo ha solicitado protección de patentes con la ayuda de las asociaciones de innovación de UM. Arbor Battery Innovations ha autorizado y está trabajando para comercializar la tecnología de canales.
Más información: Tae H. Cho et al, que permite una carga rápida de 6c de baterías de iones de litio a temperaturas sub-cero a través de la ingeniería de interfaz y las arquitecturas 3D, Joule (2025). Doi: 10.1016/j.joule.2025.101881
Información en la revista: Joule proporcionado por la Universidad de Michigan
Cita: Cargando vehículos eléctricos 5x más rápido en temperaturas de subflexación (2025, 1 de abril) Recuperado el 1 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-ECHICE- Vehicles-5X-Faster-Subrezing.html
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