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15 feb 2018
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Por Janis Eitner y Katrin Schwarz - Fraunhofer (Alemania). Hoy día aún no se puede llegar muy lejos con los automóviles eléctricos. Una de las razones está en que las baterías requieren mucho espacio y por eso los investigadores de Fraunhofer están apilando estrechamente las celdas, lo que aporta más energía a los vehículos.
Esquema de la disposición de capas activas en la batería EMBATT
Los ensayos iniciales en laboratorio han sido positivos y los socios de este proyecto se esfuerzan en alcanzar un objetivo de 1.000 km como autonomía para los vehículos eléctricos.
Dependiendo del modelo, los coches eléctricos están equipados con cientos o miles de unidades de celdas que forman la batería. Cada una está protegida por una envolvente, se conectan entre sí por terminales y cables y se monitorizan por sensores. Las envolventes y los contactos ocupan más del 50% del espacio. Por eso, las celdas no pueden se ser apiladas todo lo densamente que sería deseable. Este complejo diseño resta espacio y, otro problema más, genera resistencia eléctrica en las conexiones entre celdas que reduce la potencia. Más espacio para baterías Bajo la denominación de Proyecto EMBATT, el Instituto Fraunhofer para Tecnología y Sistemas Cerámicos (IKTS) en Dresde y sus socios han transferido el conocido principio bipolar de las pilas de combustible a las baterías de litio. De ese modo, las celdas individuales de la batería no están radicalmente aisladas y adosadas en pequeños grupos, sino que se unen directamente una con otra formando una sección amplia, eliminándose con ello las envolventes y los contactos, pudiéndose instalar más cantidad en el vehículo. Con el contacto directo entre las celdas del paquete, la corriente fluye por la superficie completa de la batería, la resistencia eléctrica se elimina y los electrodos se diseñan para liberar o absorber energía muy rápidamente. El Dr. Mareicke Wolter, Jefe del proyecto en Fraunhofer IKTS dice que “Con este nuevo concepto de apilamiento, esperamos aumentar la autonomía de los coches eléctricos hasta 1.000 km como media”. Esto ya se está consiguiendo en laboratorio. Los socios del proyecto son ThyssenKrupp System Engineering y IAV Automotive Engineering. Los materiales cerámicos almacenan energía El componente más importante de la batería es el electrodo bipolar – obtenido de un colector metálico cubierto por ambos lados con materiales de almacenamiento cerámicos, por cuyo efecto uno de los lados se convierte en ánodo y el otro en cátodo, almacenando por ello energía en el mismo corazón de la batería. “Usamos nuestra experiencia en tecnologías cerámicas para diseñar los electrodos de forma que necesiten el menor espacio posible, ahorren mucha energía, sean fáciles de fabricar y tengan vida larga”, dice Wolter. Los materiales cerámicos son empleados en forma de polvo, que los científicos mezclan con polímeros y materiales conductores de la electricidad para formar una suspensión. “Esta fórmula ha sido desarrollada especialmente y aplicada en las dos caras del colector bipolar”, explica Wolter, cuando describe la experiencia de los científicos de Dresde. El paso posterior previsto es la preparación de una gran batería de celdas y su instalación en un automóvil eléctrico, con el objetivo de realizar las pruebas en un vehículo en 2020. El Proyecto EMBATT Este concepto de nueva batería ha sido patentado con el nombre comercial de EMBATT. El Ministerio Federal Alemán de Educación e Investigación (BMBF) y el Aufbaubank de Sajonia (SAB) financian dos proyectos: el Instituto Fraunhofer para Tecnología y Sistemas Cerámicos (IKTS) desarrolla el electrodo y los materiales del mismo, ThyssenKrupp System Engineering fabrica las baterías y IAV Automotive Engineering las integrará en los vehículos eléctricos. El fundamento de EMBATT es el principio de diseño ya establecido para las pilas de combustible llevado a las baterías de ion-litio. La batería EMBATT-bipolar consiste en celdas apiladas conjuntamente de forma que la salida del electrodo negativo de una celda contacta con el electrodo positivo de la adyacente. De ese modo dos celdas adosadas comparten la salida: un lado del electrodo bipolar hace de ánodo para una de ellas y el otro de cátodo para la siguiente. Cuanto más gruesos sean los electrodos mayor será la capacidad de la batería.
Esta estructura apilada ofrece un sistema de voltaje variable así como parámetros de excelente rendimiento. Integrada directamente en el chasis de un vehículo, permite disponer de más potencia eléctrica gracias a la reducción de tamaño y a los actuales materiales activos. Es importante para ello disponer de electrodos bipolares gruesos, lo que permitirá mayor masa activa en la batería y así superar en la circulación por carretera una autonomía de 500 km.
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ELECTROMOVILIDAD: 1000 KM DE RECORRIDO GRACIAS A UN NUEVO CONCEPTO DE BATERÍA
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