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Un sistema de presión controlada sobre las celdas reduce el desgaste interno y abre la puerta a baterías más duraderas, baratas y sostenibles para los coches eléctricos.
Durante años, la investigación en baterías para vehículos eléctricos ha centrado sus esfuerzos en desarrollar nuevas químicas, materiales más avanzados o composiciones capaces de aumentar la autonomía y acelerar los tiempos de recarga.
Sin embargo, un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge ha demostrado que la solución para duplicar la vida útil de las baterías de iones de litio podría ser mucho más sencilla de lo esperado: aplicar la presión adecuada sobre las celdas durante su funcionamiento, sin modificar en absoluto su química ni emplear materiales exóticos.
El hallazgo supone un cambio de enfoque respecto a la mayoría de las investigaciones actuales. En lugar de rediseñar la composición interna de las baterías, los científicos han comprobado que controlar las tensiones mecánicas que sufren las celdas durante los ciclos de carga y descarga reduce significativamente su degradación.
Las baterías de iones de litio experimentan continuos procesos de expansión y contracción cada vez que se cargan y descargan. Aunque estos movimientos son microscópicos, con el paso de cientos o miles de ciclos provocan grietas en los materiales activos, pérdida de contacto entre componentes y la aparición de depósitos de litio metálico, factores que aceleran el envejecimiento de la batería.
Los investigadores de Cambridge han comprobado que mantener las celdas sometidas a una presión uniforme y cuidadosamente calibrada minimiza estos efectos.
Para lograrlo emplearon un sistema basado en fuelle neumático (pneumatic bellows) que mantiene una presión constante durante toda la vida útil de la batería. El resultado fue especialmente llamativo: la duración de las celdas llegó a duplicarse frente a otras sometidas a condiciones convencionales.
El estudio también demuestra que no sirve aplicar cualquier nivel de presión.
Los investigadores comprobaron que:
Precisamente esa búsqueda del equilibrio convierte esta investigación en un importante avance de ingeniería más que de química.
En el desarrollo de baterías, incrementos del 5% o del 10% en la vida útil ya suelen considerarse avances relevantes. Por ello, la posibilidad de duplicar la duración utilizando únicamente un cambio en la gestión mecánica de las celdas ha despertado un enorme interés dentro del sector.
Además, al no requerir nuevos materiales ni nuevas formulaciones químicas, esta solución podría resultar mucho más sencilla de integrar en futuras plataformas industriales, siempre que pueda adaptarse a los paquetes de baterías comerciales.
Si esta tecnología consigue trasladarse desde el laboratorio hasta la producción en serie, las ventajas serían importantes.
Una batería capaz de durar prácticamente el doble permitiría:
Los propios investigadores advierten de que este sistema no consiste simplemente en comprimir una batería.
La presión debe mantenerse de forma homogénea, constante y perfectamente controlada mediante un diseño específico integrado dentro del paquete de baterías. Cualquier presión irregular podría resultar contraproducente e incluso acelerar el deterioro de las celdas.
Diversos trabajos científicos coinciden en que la degradación de las baterías de iones de litio depende de numerosos factores simultáneos, entre ellos la temperatura, la velocidad de carga, el número de ciclos, el diseño interno de la celda y las tensiones mecánicas que soportan durante su funcionamiento.
Los modelos más recientes muestran que comprender cómo interactúan todos estos mecanismos es esencial para diseñar baterías con una vida útil mucho mayor, una de las principales prioridades de la industria del vehículo eléctrico.
La propuesta desarrollada por la Universidad de Cambridge demuestra precisamente que no todas las grandes revoluciones en baterías tienen por qué llegar mediante nuevas químicas. En ocasiones, una mejora en el diseño mecánico puede ofrecer resultados tan importantes como los obtenidos tras años de investigación en nuevos materiales.
Si futuras investigaciones confirman estos resultados a escala industrial, este sistema podría convertirse en una de las innovaciones más relevantes para las baterías de iones de litio de la próxima generación de vehículos eléctricos, prolongando su vida útil sin alterar su química y contribuyendo a hacer el coche eléctrico más económico, sostenible y eficiente.
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