El Rincón de la Ciencia, Tecnología y el Conocimiento

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Publicado por El Rincón de la Ciencia, Tecnología y el Conocimiento en Jueves, 21 de julio de 2016

FRASES DE CIENCIA

sábado, 1 de octubre de 2011

Unas nuevas baterías para coches más seguras y de más larga duración

Energía sólido: El director general de Planar Energy, 
Scott Faris, muestra un cátodo de batería de estado 
sólido impreso con sus nuevas técnicas de fabricación.

Unas nuevas baterías para coches más seguras y de más larga duración


Una startup dispone de un método de impresión para baterías de estado sólido

MARTES, 20 DE JULIO, 2010  / POR KATHERINE BOURZAC 
Fuente: Planar Energy


Una startup con sede en Orlando ha desarrollado unas nuevas técnicas de fabricación que podrían mejorar la estabilidad y la duración de las baterías usadas en vehículos eléctricos. Planar Energy, una spin-off del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL, por sus siglas en inglés), está trabajando en el escalado de las baterías de estado sólido de iones de litio.

Las baterías convencionales, que normalmente utilizan un electrolito líquido, pueden sufrir reacciones químicas indeseadas que dañan el cátodo de la batería. Sustituyendo el electrolito líquido por un conductor iónico sólido se puede mejorar la estabilidad y la vida de la batería, y también permite que las baterías sean más pequeñas porque no se requiere ningún componente adicional para mantener la estabilidad. Los electrolitos sólidos también son compatibles con una gama más amplia de química de baterías que potencialmente podría ofrecer una mayor potencia o densidad de almacenamiento.
Sin embargo, las baterías de estado sólido son caras de fabricar y han sido difíciles de escalar hasta el tamaño necesario para ordenadores portátiles o vehículos. Al igual que otros dispositivos de estado sólido, las baterías de estado sólido normalmente se fabrican mediante métodos complejos y costosos basados en técnicas de deposición al vacío. La deposición al vacío limita el grosor de las baterías de estado sólido, que a su vez, limita su capacidad de almacenamiento de energía. Por lo que el uso de estas baterías de película fina ha sido limitado a dispositivos pequeños.
Los esfuerzos para utilizar procesos de impresión para hacer baterías de estado sólido más gruesas se han visto obstaculizados por la falta de un material de electrolitos sólidos imprimible (los electrodos impresos por lo general deben combinarse con un electrolito líquido para llevar a los iones de un lado a otro durante la carga y recarga).
Planar Energy ha desarrollado un proceso de rollo a rollo para la fabricación de baterías sólidas de iones de litio más grandes. La empresa, que recibió esta primavera 4 millones de dólares en fondos del programa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Energía, afirma que puede imprimir baterías sólidas que ofrecen tres veces más almacenamiento que las baterías líquidas de iones de litio del mismo tamaño. Este aumento en el almacenamiento de energía es posible sobre todo porque las baterías sólidas de la empresa no requieren muchas de las estructuras y materiales de apoyo que ocupan espacio en las baterías convencionales, dejando más espacio para almacenamiento de energía.
Planar Energy espera reducir los costes de capital a la mitad en comparación con la fabricación de baterías de estado sólido utilizando maquinaria de alto vacío. Además, la empresa asegura que sus procesos se pueden utilizar para fabricar células lo suficientemente grandes para alimentar vehículos eléctricos.
Fuente: Planar Energy




Baterías de estado sólido


Células de alta energía para coches eléctricos más baratos.

MAYO/JUNIO 2011   POR KEVIN BULLIS


Ann Marie Sastry quiere eliminar la mayoría de cosas que no almacenan energía de los sistemas de baterías en los vehículos eléctricos, como los dispositivos de refrigeración y los materiales de apoyo dentro de las células de la batería. Todo ello suma más de la mitad del volumen de los sistemas típicos basados en ión-litio, haciendo que sean pesados y costosos. Así que, en 2007, fundó una startup llamada Sakti3 para desarrollar baterías de estado sólido que no requieran la mayor parte de este volumen añadido. Ahorran aún más espacio mediante el uso de materiales que almacenan más energía. El resultado podría reducir los sistemas de batería a un tercio del tamaño convencional.

De igual modo, disminuir el tamaño de un sistema de batería a la mitad podría reducir su coste también a la mitad. Dado que el sistema de batería es la parte más cara de un coche eléctrico (a menudo con un coste de hasta 10.000 dólares), esto haría que los coches eléctricos fueran mucho más baratos. Por otra parte, los fabricantes podrían mantener los precios constantes y doblar el rango de 100 millas típico de los coches eléctricos.
Las limitaciones de las baterías de ión-litio que se utilizan en los coches eléctricos son bien conocidas. "La mayoría de los electrolitos líquidos son inflamables. El cátodo se disuelve", afirma Sastry. Evitar que el electrolito estalle en llamas requiere el uso de sistemas de seguridad. Y para alargar la vida del electrodo y evitar la acumulación de calor, la batería debe ser enfriada y debe evitarse su carga o descarga plena, lo que resulta en una pérdida de la capacidad. Todo esto le añade volumen y coste. Así que Sastry se preguntó si podía crear una batería que simplemente no necesitase todo esto.
Las baterías de estado sólido de Sastry aún se basan en la tecnología de ión-litio, pero sustituyen el electrolito líquido por una delgada capa de material que no es inflamable. Las baterías de estado sólido son también resistentes: algunos prototipos demostrados por otros grupos pueden sobrevivir miles de ciclos de carga y descarga. Y pueden soportar altas temperaturas, lo que hará posible el uso de materiales que puedan duplicar o triplicar la densidad de energía de una batería (la cantidad de energía almacenada en un volumen dado), pero que sean demasiado peligrosos o poco fiables para su uso en una batería de ión-litio convencional.
Para fabricar baterías de estado sólido que sean prácticas y económicas, Sastry ha creado un software de simulación con el que identificar las combinaciones de materiales y estructuras que den como resultado dispositivos compactos y fiables de alta energía. Ella es capaz de simular estos materiales y componentes de manera suficientemente precisa como para predecir con exactitud cómo se comportarán cuando se unan en una célula de batería. También está desarrollando técnicas de fabricación que se prestan a la producción en masa. "Si su objetivo general es cambiar la manera en que la gente conduce, sus criterios no pueden seguir siendo la mejor densidad de energía jamás alcanzada, o el mayor número de ciclos", afirma. "El criterio final es la asequibilidad, en un producto que posea el rendimiento necesario".
Aunque pueden pasar varios años antes de que las baterías lleguen al mercado, GM y otros grandes fabricantes de automóviles como Toyota ya han identificado a las baterías de estado sólido como un componente potencialmente clave de los futuros vehículos eléctricos. Hay un límite en cuanto a la mejora de las baterías convencionales, afirma Jon Lauckner, presidente de GM Ventures, que bombeó más de 3 millones de dólares el año pasado en Sakti3. Si los vehículos eléctricos quieren representar algo más que una pequeña fracción de los coches en carretera, "algo fundamental tiene que cambiar", afirma. Él cree que Sakti3 está "trabajando mucho más allá de los límites de las células electroquímicas convencionales".
Sastry es consciente de que el éxito no está garantizado. Su campo es algo parecido a un campo de batalla tecnológico, con muchos enfoques diferentes que compiten por proporcionar energía a una nueva generación de coches. "Nada de esto es obvio", afirma.

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