Un nuevo estudio del Centro de Baterías de la Universidad de Stanford (SLAC) muestra que las baterías de los vehículos eléctricos (EV) pueden durar mucho más en condiciones del mundo real de lo que se pensaba anteriormente. Al probar las baterías a través de perfiles de descarga dinámica que simulaban escenarios de conducción reales, los investigadores descubrieron que estas condiciones pueden prolongar la vida útil de la batería, revirtiendo algunas suposiciones arraigadas sobre la degradación de la batería de los vehículos eléctricos.
Las baterías de vehículos eléctricos (EV) utilizadas en condiciones de conducción típicas, como conducción con mucho tráfico, viajes largos por carretera, viajes cortos en la ciudad y largos períodos de estacionamiento, pueden durar hasta un 30% más de lo estimado anteriormente. El descubrimiento proviene de un nuevo estudio realizado por investigadores del SLAC-Stanford Battery Center, una colaboración entre el Instituto Precourt de Investigación Energética de la Universidad de Stanford y el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC. Los hallazgos sugieren que es posible que los propietarios de vehículos eléctricos no necesiten reemplazar costosos paquetes de baterías o comprar vehículos nuevos tan rápido como creen.
Tradicionalmente, cuando los científicos e ingenieros de baterías prueban nuevos diseños de baterías en el laboratorio, realizan ciclos de carga y descarga repetidamente a un ritmo constante. Este enfoque permite a los investigadores evaluar rápidamente la duración de la batería y otras características de rendimiento. Sin embargo, es posible que estas pruebas no reflejen con precisión las condiciones de conducción del mundo real, lo que da lugar a estimaciones demasiado conservadoras de la duración de la batería.
Según una investigación publicada el 9 de diciembre en Nature Energy, esa no es una buena manera de predecir la vida útil de la batería de un vehículo eléctrico, especialmente para quienes poseen vehículos eléctricos para los desplazamientos diarios. Aunque los precios de las baterías se han desplomado alrededor de un 90% en los últimos 15 años, las baterías todavía representan casi un tercio del precio de los vehículos eléctricos nuevos. Por lo tanto, los pasajeros actuales y futuros de vehículos eléctricos pueden estar felices de escuchar esta noticia.
"No probamos las baterías de los vehículos eléctricos de la manera correcta", dijo la autora principal Simona Onori, profesora asociada en el Departamento de Ciencia e Ingeniería Energética de la Escuela de Sostenibilidad Dole de Stanford. "Para nuestra sorpresa, durante la conducción real, la aceleración frecuente, el frenado para recargar la batería, detenerse a comprar en las tiendas y dejar que la batería descanse durante unas horas ayudaron a prolongar la vida útil de la batería, no lo que pensábamos según las pruebas de laboratorio estándar de la industria".
Los investigadores diseñaron cuatro curvas de descarga de vehículos eléctricos, que van desde la descarga continua estándar hasta la descarga dinámica, basándose en datos de conducción reales. El equipo de investigación realizó pruebas de curva de descarga en 92 baterías comerciales de iones de litio durante más de dos años. En última instancia, cuanto más fielmente refleje la curva de descarga el comportamiento de conducción real, mayor será la vida útil esperada del vehículo eléctrico.
El estudio encontró que varios factores contribuyen a una esperanza de vida inesperadamente larga. Los algoritmos de aprendizaje automático entrenados con todos los datos recopilados por el equipo de investigación ayudan a determinar el impacto de las curvas de descarga dinámica en la degradación de la batería.
Por ejemplo, las investigaciones muestran una correlación entre una aceleración breve y brusca de los vehículos eléctricos y una caída más lenta. Esto va en contra de una suposición arraigada desde hace mucho tiempo por los investigadores de baterías, incluido nuestro equipo, de que la aceleración máxima es mala para las baterías de vehículos eléctricos.
Pisar el pedal con más fuerza no acelerará el envejecimiento. Alexis Geslin, uno de los tres autores principales del estudio y estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales e informática en la Escuela de Ingeniería de Stanford, explica.
El equipo también estudió la diferencia entre el envejecimiento de la batería debido a múltiples ciclos de carga y descarga y el envejecimiento de la batería con el tiempo. Si una batería en casa permanece sin usar en un cajón durante muchos años, incluso si funciona, no funcionará tan bien como cuando la compró.
"Nuestros ingenieros de baterías creen que el envejecimiento cíclico es mucho más importante que el envejecimiento inducido por el tiempo. Esto se aplica principalmente a los vehículos eléctricos comerciales, como autobuses y furgonetas de reparto, que casi siempre están en uso o cargándose", afirmó Geslin. "Para los consumidores que usan vehículos eléctricos para ir al trabajo, recoger a sus hijos, ir al supermercado, pero en su mayoría no los usan o incluso dejan sus autos y baterías completamente inactivos, el tiempo se convierte en una causa más dominante de envejecimiento que la circulación".
Este estudio identificó un punto óptimo de tasa de descarga promedio que equilibra el envejecimiento del tiempo y el envejecimiento del ciclo, al menos para las células comerciales que probaron. Afortunadamente, esta ventana cae dentro del rango de consumidores que realmente conducen vehículos eléctricos. Los fabricantes de automóviles pueden actualizar el software de gestión de baterías de sus vehículos eléctricos para aprovechar las nuevas investigaciones para maximizar la vida útil de la batería en condiciones del mundo real.
"En el futuro, será importante evaluar nuevas químicas y diseños de baterías con curvas de demanda realistas", afirmó LeXu, investigador postdoctoral en ciencias e ingeniería de la energía. "Los investigadores ahora pueden revisar los supuestos mecanismos de envejecimiento a nivel químico, de materiales y de batería para obtener una comprensión más profunda. Esto facilitará el desarrollo de algoritmos de control avanzados para optimizar el uso de las arquitecturas de baterías comerciales existentes". "
Este estudio muestra que las implicaciones no se limitan a las baterías. Los científicos e ingenieros pueden aplicar estos principios a otras aplicaciones de almacenamiento de energía, así como a otros materiales y dispositivos en áreas de las ciencias físicas donde el envejecimiento es crítico, como los plásticos, el vidrio, las células solares y algunos biomateriales utilizados en implantes.
"Este trabajo destaca el poder de integrar múltiples campos de experiencia, desde la ciencia de los materiales hasta los controles y el modelado y el aprendizaje automático, para impulsar la innovación", dijo Onori.
Compilado de /ScitechDaily