Esta ingeniosa funda para automóvil puede proteger las baterías de vehículos eléctricos de los cambios climáticos extremos

Dec 07, 2023

Se sabe que las baterías que alimentan los coches eléctricos son susceptibles a temperaturas extremas. Por ejemplo, la autonomía de un vehículo eléctrico se ve afectada a medida que baja la temperatura, mientras que los tiempos de carga aumentan. Es un ajuste temporal, pero para las personas que viven en zonas con olas de frío prolongadas, es una molestia.

Durante el día y la noche, las temperaturas también pueden cambiar drásticamente y también se sabe que estas fluctuaciones afectan la vida útil de la batería. En ambientes calurosos, la carga energética que supone refrigerar el habitáculo de un coche eléctrico no es insignificante. Pero implementar un sistema de regulación de temperatura para mantener un vehículo eléctrico protegido térmicamente conlleva un costo energético.

En el centro de todos los problemas de los vehículos eléctricos sensibles a la temperatura están las reacciones electroquímicas que alimentan la batería. Cuando la temperatura exterior baja, el ritmo de las reacciones químicas se ralentiza y, por tanto, la batería tarda más en cargarse. Afortunadamente, los científicos han desarrollado una cubierta que no necesita energía externa y protege los vehículos eléctricos en verano e invierno.

Investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghai ahora afirman haber creado una capa térmica pasiva que puede reducir la temperatura de un vehículo en 8 grados centígrados cuando hace calor afuera durante el día y mantenerlo más cálido hasta 6,8 grados centígrados cuando hace frío por la noche.

La palabra "pasivo" aquí tiene gran importancia, porque la capa no necesita una fuente de energía externa para realizar su trabajo. Pero para entender por qué este manto podría suponer un gran avance, primero debemos entender por qué las temperaturas son una amenaza real para los coches eléctricos.

Un escenario común de degradación de la batería que ocurre debido a la carga de alta corriente a bajas temperaturas se llama revestimiento de litio. Se promociona como el "proceso de envejecimiento más severo en las baterías de iones de litio" que ocurre a bajas temperaturas, y que reduce drásticamente la cantidad de litio reciclable.

Según este artículo de investigación, el revestimiento de litio es único en comparación con otras formas de degradación de materiales debido a su dependencia de la temperatura externa. Además, solo empeora con el tiempo a medida que se forma una nueva capa superficial, que aísla el material activo necesario para las reacciones electroquímicas. Hablando de electroquímica, la descomposición de electrolitos también ocurre a altas temperaturas en las baterías de vehículos eléctricos.

Otro artículo de investigación publicado en el IEEE Journal menciona que una temperatura más alta aumenta el costo del desgaste de la batería de los vehículos eléctricos y reduce el ciclo de vida de la batería. Un artículo de investigación publicado por la Asociación Estadounidense del Automóvil concluyó que cuando la temperatura ambiente promedio aumenta a 95 grados Fahrenheit en comparación con las pruebas de vehículos eléctricos realizadas a 75 grados Fahrenheit, se produce "una disminución del 17 por ciento tanto en la autonomía de conducción combinada como en la economía de combustible equivalente combinada". "

Las pérdidas podrían llegar hasta el 41% cuando se utilizan sistemas de calefacción y refrigeración en los vehículos. El fabricante de automóviles eléctricos Polestar advierte en su documentación de ayuda que si afuera hace frío y le preocupa que el tren motriz funcione con menor eficiencia, precalentar el automóvil mientras está enchufado puede ofrecer cierta ganancia de autonomía.

Durante las pruebas, el equipo descubrió que cuando la temperatura exterior era de alrededor de 31 grados centígrados, la temperatura de la cabina de un automóvil eléctrico cubierto con una capa se mantenía en 22,8 grados centígrados. En comparación, la temperatura de la cabina del automóvil sin ningún tipo de cobertura térmica alcanzó la asombrosa cifra de 50,5 grados centígrados durante el pico del día, lo que equivale a una asombrosa diferencia de 27,7 grados centígrados.

Cambiando el escenario de temperatura, la capa mantuvo la temperatura de la cabina unos 7 grados centígrados más alta que el ambiente frío durante la noche. En particular, la temperatura de la cabina nunca bajó de los 0 grados centígrados, independientemente del frío que hiciera afuera durante el invierno.

La capa sigue un diseño de doble capa. La capa externa está hecha de finas fibras de sílice, el mismo material que produce la arena de la playa, el granito y el vidrio, y que también es uno de los materiales más abundantes en la Tierra. Luego, las fibras de silicio se recubrieron con nitruro de boro hexagonal, que se utiliza industrialmente para mejorar la conductividad térmica y los revestimientos aislantes, en forma de escamas.

En este caso, el equipo utilizó el derivado de boro para mejorar la reflectividad solar de la capa. La capa interior, por el contrario, está hecha de una aleación de aluminio. Posteriormente, las fibras se tejen juntas para formar una lámina de tela. Los investigadores lo llaman capa térmica de Jano (JTC), en honor al dios romano Jano, que a menudo se representa con dos caras y que también da su nombre al mes de enero.

En el artículo de investigación publicado en la revista Cell, el equipo detrás de la investigación señala que "la regulación de la temperatura durante todo el año en objetos del mundo real aún no se ha logrado a través de estructuras verdaderamente pasivas y confiables". Si bien superar los desafíos antes mencionados es una hazaña notable en sí misma, el equipo también se aseguró de que la capa sea tan fácil de fabricar como efectiva.

Al diseñar su novedosa capa térmica, el equipo también puso especial cuidado en la simplicidad del diseño, asegurando que sea escalable y pueda producirse industrialmente a gran escala sin problemas técnicos o relacionados con el abastecimiento de materiales. Otro aspecto destacable es que el manto pasivo es "retardante de fuego, fiable en entornos térmicos, criogénicos, vibratorios y corrosivos".

Técnicamente descrita como una metatela fononómica, la capa también exhibió una excelente estabilidad térmica y retardante de fuego. El equipo probó la capa con un soplete de butano alcanzando una temperatura de alrededor de 1.400 grados centígrados. La superficie de la capa alcanzó unos 800 grados centígrados pero rápidamente se enfrió hasta los 10 grados centígrados.

Incluso en condiciones extremadamente frías, donde las temperaturas descendieron a -196 grados Celsius, la capa mantuvo su estabilidad material, su reflectividad solar y su emisividad. Dada la excelente resistencia de la capa, el artículo de investigación dice que también se puede aplicar a la regulación de la temperatura en edificios, naves espaciales e incluso a la construcción de hábitats extraterrestres del futuro.