Un nuevo método de carga podría prolongar la vida útil de las baterías al menos un 20%.

Las numerosas celdas que componen una batería de litio no son todas iguales: algunas se degradan y mueren antes que otras. Una nueva investigación de Stanford ha descubierto que la batería puede durar mucho más si cada célula recibe un tratamiento de carga individual.

Hay muchas razones por las que algunas celdas de un pack pueden debilitarse más que otras. Puede que haya diferencias en la fabricación o en los materiales. Puede que algunas estén más expuestas a fuentes de calor que otras, o situadas en lugares más difíciles de refrigerar. En cualquier caso, la duración media de una sola célula de batería es superior a la media de un pack de baterías, y son estas células débiles las que se llevan todo el barco por delante.

«Si no se abordan adecuadamente, las heterogeneidades entre celdas pueden comprometer la longevidad, la salud y la seguridad de una batería e inducir un mal funcionamiento prematuro de la misma», afirma Simona Onori, profesora adjunta de ingeniería de ciencias de la energía en la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford y autora de un nuevo estudio cuyo objetivo es mantener las baterías de litio útiles durante más tiempo.

Las cargas y descargas rápidas son estresantes para las celdas de las baterías y, aunque están diseñadas para soportar ese estrés, son los momentos en los que las celdas más débiles sufren y se deterioran más rápidamente. Así que el equipo de Stanford se preguntó si la técnica estándar de cargar todas las celdas de una batería al mismo ritmo podría estar acelerando su muerte.

Los investigadores diseñaron minuciosamente un modelo informático para poner a prueba su teoría en un periodo de tiempo acelerado, lo que dio lugar a lo que consideran un nivel de detalle de simulación sin precedentes. Intentaron representar con precisión el estado físico y químico de una pila, así como los cambios que se producen en relación con una serie de tensiones a lo largo de toda su vida útil, incluyendo tanto cambios que se producen en segundos, hasta otros que pueden durar meses o años.

«Que sepamos, ningún estudio anterior ha utilizado el modelo de batería de alta fidelidad y escala temporal que hemos creado», afirma Onori.

Con este modelo, realizaron una serie de simulaciones en las que compararon un método de carga estándar con un ritmo fijo con otros métodos, en los que la capacidad de cada célula servía como indicador de cuánta carga podía soportar. La teoría era que sólo las células más resistentes debían someterse a los mayores esfuerzos; las células que ya habían empezado a degradarse prematuramente -por el motivo que fuera- debían tratarse con mucha más suavidad, con la esperanza de evitar su eventual deterioro.

Los investigadores afirman que su modelo de carga puede aplicarse fácilmente a los diseños de vehículos eléctricos existentes o utilizarse como guía para el desarrollo de sistemas de gestión de baterías de última generación. También sugieren que el mismo modelo podría aplicarse al ciclo de descarga, exigiendo menos a las celdas más débiles y más a las más fuertes, para aumentar la vida útil de cualquier paquete de baterías sometido a grandes cargas. De hecho, uno de los autores del estudio trabaja ahora como investigador de baterías en Archer Aviation, empresa que desarrolla eVTOL.

«Las baterías de iones de litio ya han cambiado el mundo en muchos aspectos», afirma Onori. «Es importante que aprovechemos al máximo esta tecnología transformadora y sus sucesoras venideras».

El estudio se publica en la revista IEEE Transactions on Control Systems Technology.

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