Investigadores de FIU desarrollan nueva batería para vehículos eléctricos

Lo llaman ansiedad por autonomía, el miedo a que un vehículo eléctrico pueda quedarse sin batería, digamos en algún lugar al sur de Yeehaw Junction de camino a Disney World con tres niños malhumorados a bordo.

Estos escenarios son una de las grandes dudas de muchas personas a la hora de comprar un vehículo eléctrico.

La investigación en curso en la Universidad Internacional de Florida podría contribuir significativamente a resolver esta preocupación. El trabajo se centra en un nuevo tipo de batería, hecha de litio-azufre, que podría triplicar la autonomía de un vehículo eléctrico y, además, ser más económico, ligero y respetuoso con el medio ambiente.

Pero las baterías de litio-azufre han tenido desde hace tiempo defectos fatales: no se recargan bien y pierden su energía después de uno o dos años de uso. Ahora el profesor Bilal El-Zahab, quien dirige el laboratorio de baterías de vanguardia de FIU, y un equipo de investigadores han desarrollado un avance prometedor en la composición de las baterías, detallado en un artículo reciente de una revista científica.

“Llevamos al menos 10 años trabajando en esta solución”, afirmó El-Zahab. «Esta batería sin duda durará más que una batería convencional».

Aunque probablemente aún falten años para su desarrollo comercial, estimó que el cambio de FIU en la composición química de las baterías podría aumentar la autonomía de un vehículo eléctrico de 482 kilómetros a unos 1,600. Esto prácticamente eliminaría la ansiedad por la autonomía en viajes largos y podría transformaría la multimillonaria industria de las baterías para vehículos eléctricos. Para muchos usuarios habituales del transporte diario, por ejemplo, esta mejora en el rendimiento podría marcar la diferencia entre cargar cada dos semanas o cada varias semanas, en lugar de semanalmente, afirmó El-Zahab.

Sin intentar explicar la compleja química que regula el funcionamiento de las baterías, el equipo de FIU descubrió que agregar un catalizador metálico, el platino, hacía que el litio-azufre durara más ciclos de carga. El-Zahab sugirió pensar en la energía que fluye por las vías de una batería como si fuera una autopista de cinco carriles que de repente se reduce a un solo carril libre.

“Así que la probabilidad de accidentes, pérdidas y cualquier imprevisto aumenta”, dijo. “¿Y qué hace el platino? Actúa como un agente de tránsito. Simplemente entra y guía a la gente a dónde ir y ayuda a liberar más carriles”, dijo El-Zahab.

El trabajo se realizó en el laboratorio de baterías de FIU, repleto de cargadores que brillan, ventiladores que zumban, bombas que ciclan el aire, controladores de temperatura y otros equipos, y que cuenta con todo lo necesario para fabricar baterías desde cero. Los investigadores usan guantes negros de neopreno grandes, que parecen sacados de una película de ciencia ficción, para trabajar en cámaras sin oxígeno ni humedad y ensamblar las baterías. Comienzan a fabricar una batería pequeña, aproximadamente del tamaño de un AirTag, y a partir de ahí escalan sus versiones experimentales.

Pesa y cuesta menos

Desde principios de los 90, la batería preferida para alimentar todo, desde nuestros teléfonos hasta satélites y vehículos eléctricos, ha sido la de iones de litio. Sin embargo, según El-Zahab, esta se encuentra en su “capacidad teórica”, lo que significa que solo puede producir cierta cantidad de energía, al menos no sin aumentar considerablemente el precio.

El-Zahab afirma que el litio-azufre tiene numerosas otras ventajas.

Hoy en día se espera que los vehículos eléctricos tengan una autonomía de al menos 300 millas y alargarla a 1,000, y un vehículo eléctrico típico podría necesitar una batería de repuesto. La batería de litio-azufre eliminaría la necesidad de una batería de repuesto, lo que genera menos residuos en el medio ambiente. Si bien las baterías de los coches de gasolina suelen reciclarse, las enormes baterías que utilizan los vehículos eléctricos requieren un desmontaje especial y podrían explotar si se realiza de forma incorrecta. Esto no significa necesariamente que acaben en el vertedero, pero muchas permanecen almacenadas a la espera de una fecha de reciclaje.

El litio-azufre también ofrece otra opción: una batería mucho más pequeña que mejoraría la seguridad del vehículo y el costo, afirmó El-Zahab. Las baterías de azufre del laboratorio de baterías de FIU pueden fabricarse de dos a tres veces más ligeras que las baterías de iones, agregadas.

La producción de litio-azufre también es mucho más barata que la de iones de litio. Una batería típica de iones de litio cuesta 100 dólares por kilovatio hora, por lo que la batería de 75 kilovatios por hora de un vehículo eléctrico de gama media costaría $7,500 . El litio-azufre costaría $4,500 por una batería de la misma capacidad. Las baterías de iones de litio, más pesadas, también desgastan los neumáticos más rápido.

“El litio-azufre abarata los vehículos eléctricos y posiblemente aumenta su adopción entre quienes hoy en día no pueden permitirse el costo medio de un vehículo eléctrico, afirmó El-Zahab. “La batería es el componente más caro de un vehículo eléctrico”.

Estudios publicados, incluidos los de IEEE y Science Direct, sugieren que el litio-azufre es la opción de batería más respetuosa con el medio ambiente y el clima. El azufre es el décimo elemento más abundante y ya es un subproducto del procesamiento de petróleo y gas.

“Las regulaciones nos obligan a eliminar el azufre del gas natural, por lo que producimos literalmente montañas de él”, dijo El-Zahab.

Algunos de los materiales clave utilizados en las baterías de iones de litio, como el níquel y el cobalto, no son abundantes, afirmó. La creciente competencia por ellos seguirá elevando los costos, y su extracción tiene un costo ambiental.

El Centro de Recursos para Empresas y Derechos Humanos realizó un informe que analizó cómo los principales fabricantes de vehículos eléctricos (incluidos Toyota, Volvo, Tesla y Audi) obtuvieron sus baterías de Indonesia, lo que producían deforestación y otros problemas.

“Estamos sobrecargando la cadena de suministro de la industria minera al usar demasiado. Con las tecnologías de baterías existentes, si todos quieren una porción del pastel, no tendremos suficiente, o los precios serán desorbitados”, dijo El-Zahab.

FIU, por supuesto, está lejos de ser el único jugador que busca nuevas formas de hacer que el automóvil se cargue más rápido y funcione más tiempo. Investigadores de la Universidad de Purdue descubrieron que el uso de plástico reciclado podría aumentar la vida útil de las baterías de azufre. Investigadores de la Universidad de Monash en Australia afirman que también superaron el desafío al usar un catalizador, “complejo de polivinilpirrolidona” (un compuesto químico comúnmente utilizado como antiséptico) en sus baterías.

Las estimaciones del valor de mercado de la industria de baterías para vehículos eléctricos varían ampliamente, entre $40,000 y $80,000 millones y los analistas financieros prevén que se duplique o incluso más en las próximas décadas. Los fabricantes de automóviles globales planean invertir más de medio billón de dólares en vehículos eléctricos y sus baterías hasta 2030, según un análisis de Reuters. El trabajo de El-Zahab está financiado con $4 millones de Lion Battery Technologies, con sede en Canadá, que planea comercializar la tecnología en los próximos años.

“Estamos deseando llevar nuestra tecnología al mundo”, dijo El-Zahab. “Podría estar disponible para 2030, quizás un par de años más tarde, lo cual sería más realista. Pero, con el tiempo, creo que el litio-azufre será una tecnología viable.

Ashley Miznazi es reportera sobre cambio climático para el Miami Herald, financiada por la Fundación de la Familia Lynn y Louis Wolfson II en colaboración con Journalism Funding Partners.