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| Pequeños sensores de fibra óptica como el que se muestra aquí, podrían ayudar a los fabri- cantes de coches eléctricos a obtener el máximo rendimiento de las baterías en los vehículos |
POR KEVIN BULLIS TRADUCIDO POR FRANCISCO REYES (OPINNO)
Los paquetes de baterías para vehículos eléctricos podrían reducir su tamaño entre un 20 y un 30 por ciento, y hacer que los vehículos eléctricos fueran más asequibles, si se desarrollaran nuevos sensores para hacer un seguimiento de las células en los paquetes, según informa la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Energía del Gobierno de EE.UU. (ARPA-E, por sus siglas en inglés). La agencia señala que estos sensores podrían tener un efecto aún mayor sobre las baterías de vehículos híbridos de gasolina y electricidad, haciendo que reduzcan su tamaño a la mitad.
Estos sensores mejorados podrían informarnos sobre lo que sucede dentro de cada uno de los cientos de células que componen la batería de un vehículo eléctrico, y permitir a los fabricantes de automóviles almacenar más energía de forma segura. Un programa de 30 millones de dólares (22,7 millones de euros) de la ARPA-E, que lleva en marcha desde hace un año, está tratando de desarrollar la tecnología necesaria.
El desarrollo de nuevas composiciones químicas de batería puede tardar una década o más, por lo que aumentar las capacidades de las ya existentes podría ser una forma más rápida de reducir el coste de las baterías, uno de los principales motivos por los que la adopción de vehículos eléctricos no acaba de despegar (ver "Tesla está a la cabeza de la innovación en los coches eléctricos" y "Baterías mejoradas para coches eléctricos más competitivos").
Actualmente, los fabricantes de automóviles no permiten que sus baterías se carguen completamente, lo que ayuda a evitar altos niveles de tensión capaces de degradar los materiales de la batería o en algunos casos provocar incendios. También mantienen cierta capacidad en reserva en caso de sobrecalentamiento o de otros factores que reduzcan el rendimiento de la batería. Incluyen estas medidas de seguridad puesto que no saben exactamente lo que ocurre dentro de cada célula: la temperatura, la composición química, la tensión mecánica, los voltajes en cada electrodo, etcétera.
"Nos preguntamos, '¿qué ocurre si destapamos todo eso?', ¿Cuánto más se podría obtener de un sistema de baterías si realmente supiéramos lo que sucede en el interior de las células?", señala Ilan Gur, director de programa en la ARPA-E.
Basándose en simulaciones por ordenador, la agencia considera que contar con mejores datos, junto con un software de control de batería y modelos informáticos de baterías mejorados, permitiría que las células alcanzaran sus límites de forma segura. Si los fabricantes de automóviles pudieran sacar más provecho de cada célula de batería, podrían hacer que los paquetes de batería fueran más pequeños sin sacrificar el rendimiento.
Un proyecto en el Centro de Investigación de Palo Alto, uno de los 14 que componen el programa de la ARPA-E, está centrado en el desarrollo de sensores de batería de fibra óptica que, al no ser eléctricamente conductores, se podrían incrustar fácilmente dentro de las células de batería sin interferir con su rendimiento. El sistema de sensores podría añadir un 5 por ciento al coste de un paquete de baterías, señala Ajay Rahgavan, que lidera el proyecto. Sin embargo, asegura que los sensores se amortizarían gracias a una reducción de hasta el 25 por ciento en el tamaño y coste de la batería.
Otro proyecto de la ARPA-E, en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, no solo está desarrollando sensores para células individuales, sino también tecnología que pudiera enfriar y calentar una célula desde dentro, manteniéndola a una temperatura óptima y alargando su vida útil.
También como parte del programa de la ARPA-E, Ford está desarrollando un probador de baterías extremadamente preciso capaz de detectar en qué momento se producen pequeñas cantidades de reacciones químicas no deseadas dentro de una célula. El objetivo a corto plazo es utilizar el probador para acelerar el desarrollo de nuevas composiciones químicas de batería. "No obstante, uno de nuestros sueños es tener versiones en miniatura instaladas en los coches", señala Alvaro Masias, investigador de baterías en Ford. Eso podría permitir que un vehículo controlara la cantidad de energía que se utiliza en función del rendimiento de la batería y el modo en que el coche está siendo conducido. "Si pudiésemos personalizar la forma en que controlamos la batería, en lugar de depender de reglas genéricas, cada cliente podría obtener el máximo provecho de la batería", afirma.
No todo el mundo está de acuerdo con que los sensores puedan reducir el tamaño de la batería tanto como afirma la ARPA-E. Bill Wallace, director del grupo de ingeniería de sistemas de baterías de GM, afirma que el desarrollo de mejores sensores es importante, pero quizá no sea posible reducir el tamaño de la batería entre un 20 y un 50 por ciento. "Eso es un gran salto", explica. Sería necesario conseguir todas las mejoras que sean teóricamente posibles, afirma, algo que rara vez resulta práctico. "Pero eso no es una razón para no estar trabajando en ello", añade. GM, aunque no forma parte del proyecto de la ARPA-E, también está trabajando en sensores de batería.
Estos sensores mejorados podrían informarnos sobre lo que sucede dentro de cada uno de los cientos de células que componen la batería de un vehículo eléctrico, y permitir a los fabricantes de automóviles almacenar más energía de forma segura. Un programa de 30 millones de dólares (22,7 millones de euros) de la ARPA-E, que lleva en marcha desde hace un año, está tratando de desarrollar la tecnología necesaria.
El desarrollo de nuevas composiciones químicas de batería puede tardar una década o más, por lo que aumentar las capacidades de las ya existentes podría ser una forma más rápida de reducir el coste de las baterías, uno de los principales motivos por los que la adopción de vehículos eléctricos no acaba de despegar (ver "Tesla está a la cabeza de la innovación en los coches eléctricos" y "Baterías mejoradas para coches eléctricos más competitivos").
Actualmente, los fabricantes de automóviles no permiten que sus baterías se carguen completamente, lo que ayuda a evitar altos niveles de tensión capaces de degradar los materiales de la batería o en algunos casos provocar incendios. También mantienen cierta capacidad en reserva en caso de sobrecalentamiento o de otros factores que reduzcan el rendimiento de la batería. Incluyen estas medidas de seguridad puesto que no saben exactamente lo que ocurre dentro de cada célula: la temperatura, la composición química, la tensión mecánica, los voltajes en cada electrodo, etcétera.
"Nos preguntamos, '¿qué ocurre si destapamos todo eso?', ¿Cuánto más se podría obtener de un sistema de baterías si realmente supiéramos lo que sucede en el interior de las células?", señala Ilan Gur, director de programa en la ARPA-E.
Basándose en simulaciones por ordenador, la agencia considera que contar con mejores datos, junto con un software de control de batería y modelos informáticos de baterías mejorados, permitiría que las células alcanzaran sus límites de forma segura. Si los fabricantes de automóviles pudieran sacar más provecho de cada célula de batería, podrían hacer que los paquetes de batería fueran más pequeños sin sacrificar el rendimiento.
Un proyecto en el Centro de Investigación de Palo Alto, uno de los 14 que componen el programa de la ARPA-E, está centrado en el desarrollo de sensores de batería de fibra óptica que, al no ser eléctricamente conductores, se podrían incrustar fácilmente dentro de las células de batería sin interferir con su rendimiento. El sistema de sensores podría añadir un 5 por ciento al coste de un paquete de baterías, señala Ajay Rahgavan, que lidera el proyecto. Sin embargo, asegura que los sensores se amortizarían gracias a una reducción de hasta el 25 por ciento en el tamaño y coste de la batería.
Otro proyecto de la ARPA-E, en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, no solo está desarrollando sensores para células individuales, sino también tecnología que pudiera enfriar y calentar una célula desde dentro, manteniéndola a una temperatura óptima y alargando su vida útil.
También como parte del programa de la ARPA-E, Ford está desarrollando un probador de baterías extremadamente preciso capaz de detectar en qué momento se producen pequeñas cantidades de reacciones químicas no deseadas dentro de una célula. El objetivo a corto plazo es utilizar el probador para acelerar el desarrollo de nuevas composiciones químicas de batería. "No obstante, uno de nuestros sueños es tener versiones en miniatura instaladas en los coches", señala Alvaro Masias, investigador de baterías en Ford. Eso podría permitir que un vehículo controlara la cantidad de energía que se utiliza en función del rendimiento de la batería y el modo en que el coche está siendo conducido. "Si pudiésemos personalizar la forma en que controlamos la batería, en lugar de depender de reglas genéricas, cada cliente podría obtener el máximo provecho de la batería", afirma.
No todo el mundo está de acuerdo con que los sensores puedan reducir el tamaño de la batería tanto como afirma la ARPA-E. Bill Wallace, director del grupo de ingeniería de sistemas de baterías de GM, afirma que el desarrollo de mejores sensores es importante, pero quizá no sea posible reducir el tamaño de la batería entre un 20 y un 50 por ciento. "Eso es un gran salto", explica. Sería necesario conseguir todas las mejoras que sean teóricamente posibles, afirma, algo que rara vez resulta práctico. "Pero eso no es una razón para no estar trabajando en ello", añade. GM, aunque no forma parte del proyecto de la ARPA-E, también está trabajando en sensores de batería.
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