Los investigadores han diseñado una membrana delgada de plástico que impide que las baterías recargables se descarguen cuando no se usan y permite una recarga rápida.
La tecnología pendiente de patente controla cómo fluye la carga dentro de una batería, y se inspiró en cómo las membranas celulares vivas transportan proteínas en el cuerpo. Podría encontrar aplicaciones en "supercondensadores" de alta potencia para automóviles eléctricos e incluso ayudar a prevenir los tipos de incendiosque plagó algunos modelos de hoverboards recientemente.
en el diario Energía y ciencias ambientales , los ingenieros de la Universidad Estatal de Ohio describen la membrana "inteligente" que esperan que permita el desarrollo de una nueva categoría de baterías potentes y de carga rápida llamadas "baterías de transistores redox" para automóviles que viajarán más lejos con una sola carga.
En el camino, analizaron el rendimiento de las principales baterías de automóviles híbridos y eléctricos, y descubrieron algo que, hasta donde saben, nunca antes se había declarado directamente. Los mejores fabricantes de autos ecológicos parecen haber alcanzado un límite de rendimiento, yese límite es de 0.4 millas menos de media milla de manejo por minuto de carga.
Dicho de otra manera, los mejores autos ecológicos de la actualidad pueden viajar alrededor de 200 millas después de una carga de 8 horas, mientras que los autos que funcionan con gasolina pueden cubrir la misma distancia después de solo un minuto en la bomba. Los investigadores esperan que su nueva tecnologíapuede aumentar las baterías de los autos eléctricos para proporcionar hasta decenas de millas por minuto de carga.
"Eso todavía está a un orden de magnitud de la medida equivalente en gasolina, pero es un lugar para comenzar", dijo Vishnu-Baba Sundaresan, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en Ohio State y líder del estudio.
Sundaresan dijo que los autos híbridos y eléctricos actuales están alcanzando el límite de rendimiento debido a cómo se almacena la carga en las baterías convencionales. También cree que su nueva tecnología de membrana podría ser la única forma de superar ese límite hasta una categoría completamente nueva de bateríase desarrollan electrodos.
"La investigación en los últimos 50 años se ha centrado en avanzar en la química de los electrodos de la batería para aumentar la capacidad", dijo Sundaresan. "Lo hemos hecho, pero el aumento de la capacidad ha tenido el costo de la robustez y la capacidadpara cargar y descargar rápidamente las baterías. El diseño del vehículo eléctrico es lo suficientemente maduro ahora que sabemos que el límite que están alcanzando se debe a la química de las baterías de iones de litio ".
El estudiante de doctorado y sundaresano Travis Hery llama a su invención un "transistor iónico redox", y lo están utilizando para desarrollar un nuevo tipo de batería en la que la energía se almacena en un electrolito líquido, que las personas pueden recargar o vaciar yrellenar como rellenarían un tanque de gasolina.
"Para los desplazamientos diarios, el electrolito se puede regenerar simplemente enchufándolo a una toma de corriente durante la noche o mientras está estacionado en el garaje. Para viajes largos por carretera, puede vaciar el electrolito usado y volver a llenar la batería para obtener el tipo de batería largacampo de prácticas al que estamos acostumbrados con motores de combustión interna ", dijo Sundaresan.
"Creemos que esta flexibilidad presenta un caso convincente para destetar nuestra dependencia de los motores de combustión interna para el transporte"
Las baterías como las baterías de iones de litio ya tienen separadores de membrana que conducen la carga y separan físicamente el ánodo y el cátodo entre sí, pero incluso la mejor de estas baterías pierde carga con el tiempo. Esto se debe a que las membranas no pueden evitar completamente la carga.fuga entre el ánodo y el cátodo, explicó el estudiante de doctorado Travis Hery. Las reacciones químicas internas se llaman autodescarga.
En el mejor de los casos, la autodescarga convierte lentamente parte de la energía interna de la batería en calor, un consumo de energía gradual. En el peor de los casos, la fuga hace que las baterías se sobrecalienten e incluso se incendien, como sucedió recientemente.con los populares hoverboards alimentados por iones de litio y la flota Dreamliner ecológica de Boeing.
El fenómeno se llama fugitivo térmico, y hay muy pocas formas de apagarlo una vez que comienza. Pero Sundaresan y Hery creen que su membrana, cuando se usa con una unidad de control electrónico especialmente diseñada, puede detener el transporte de carga y evitar el fugitivo térmicoen su inicio.
El diseño está inspirado en las membranas celulares del cuerpo, que se abren y cierran para permitir que las células realicen funciones biológicas. Las aberturas en la pared celular responden a la carga eléctrica de las moléculas para expandirse o contraerse, y es este principio el que aplican los ingenierosla membrana inteligente
Combinaron un polímero conductor de electricidad con un filtro de policarbonato utilizado para las pruebas de aire y agua. Al controlar cómo crecieron las cadenas de polímero conductor en la superficie de policarbonato, los investigadores descubrieron que podían controlar la densidad de las aberturas en la membrana resultante.
Cuando la batería se está cargando o descargando, el polímero conductor se encoge para abrir los agujeros. Cuando la batería no está en uso, el polímero se hincha para cerrar los agujeros.
En pruebas de laboratorio, los ingenieros descubrieron que su membrana controlaba de manera confiable la carga y descarga en baterías alimentadas por iones de litio, sodio y potasio. Conectaron las baterías a una luz LED, programando los agujeros para abrir y cerrar en patrones precisos. La membranapermitió que las baterías funcionaran normalmente, pero redujo la pérdida de carga a cero cuando las baterías no estaban en uso.
La universidad licenciará la tecnología a la industria para un mayor desarrollo.
La misma tecnología podría evitar la autodescarga en los supercondensadores, que brindan alta potencia y capacidad de recarga rápida a algunos autos eléctricos, autobuses y sistemas de tránsito de trenes ligeros.
Si bien los investigadores han demostrado que la membrana funciona con baterías convencionales, lo que más quieren hacer Sundaresan y Hery es usarla como la base de un nuevo tipo de batería. Están trabajando para combinar una llamada batería de flujo redox, enque un electrolito se bombea desde el ánodo al cátodo para generar energía, con su membrana inteligente para crear la llamada "batería de transistor redox".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Ohio . Original escrito por Pam Frost Gorder. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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