EE. UU. Gana batalla de baterías de vehículos eléctricos con ayuda del ejército de EE. UU.

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Justo a tiempo para el anuncio de electrificación de vehículos grandes del presidente Joe Biden, un equipo de científicos del Departamento de Energía ha ganado una lucha de décadas por la batería de vehículos eléctricos del futuro. Cuando el polvo se aclare, la densidad de energía de su batería EV diaria pesará 500 vatios-hora por kilogramo, una duplicación del estado actual del arte del almacenamiento de energía.

EE. UU. Inicia una nueva batalla de baterías de vehículos eléctricos con un avance en el metal de litio reversible tecnología de almacenamiento de energía (foto a través del Laboratorio Nacional Brookhaven).

El ejército de EE. UU. Invierte en la batería de vehículos eléctricos del futuro

La gran noticia del almacenamiento de energía proviene del Laboratorio Nacional Brookhaven, parte de la extensa red de instalaciones de investigación de primera categoría del Departamento de Energía, y es un buen ejemplo de cómo la ciencia nunca duerme.

El Departamento de Energía ha estado martillando las iniciativas de descarbonización de la era de Obama durante los últimos cuatro años, a pesar de un desvío hacia un territorio amigable con los fósiles por parte del ex presidente Trump.

Una de esas iniciativas se llama el consorcio Battery500, del cual Brookhaven forma parte. Battery500 se lanzó en 2016 bajo el liderazgo de Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y recibió una generosa ayuda de $ 1 millón del Ejército de los EE. UU., a través de algo más llamado el Alianza de tecnología avanzada de energía para vehículos, que también contribuyó con otros $ 1.8 millones en 2018.

AVPTA es otro programa de la era de Obama, lanzado en 2011 entre los departamentos de Energía y Ejército, con la tarea de acelerar la “conceptualización y transición al despliegue de conceptos inventivos y creativos de ahorro de energía que la nación necesita para lograr la seguridad energética”, con un se centran en “tecnologías avanzadas que permiten que los vehículos terrestres comerciales y militares sean significativamente más eficientes energéticamente”.

¿Donde estábamos? Oh cierto, Battery500. Electronia se enteró de Battery500 en 2017, cuando la administración Trump jugó Battery500 con otros $ 5.7 millones para 15 proyectos “semilla” destinados a duplicar la densidad de energía de la batería del vehículo eléctrico y reducir el costo, con ese objetivo de 500 vatios-hora por kilogramo.

Para aquellos de ustedes que llevan la cuenta en casa, los otros miembros de Battery500 son el Laboratorio Nacional de Idaho, el Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC, la Universidad de Binghamton, la Universidad de Stanford (que opera SLAC para el Departamento de Energía), la Universidad de California – San Diego, la Universidad de Texas – Austin y la Universidad de Washington e IBM.

Rescatar los ánodos de metal de litio de la pila de rechazos

IBM lanzó su propia iniciativa de investigación de baterías de vehículos eléctricos, batería apodada 500, desde 2012. Entre otros hallazgos, IBM ha estado contribuyendo con su investigación sobre almacenamiento de energía sin cobalto a la causa de la batería del vehículo eléctrico. Eso encaja con la misión del Consorium Battery500, ya que libera a los EE. UU. De la cadena de suministro y los problemas de derechos humanos que han afectado al mercado mundial del cobalto.

La nueva investigación de Brookhaven abordó otro ángulo de gran interés para el Consorcio Battery500, que es el desarrollo de una batería para vehículos eléctricos con un ánodo de metal de litio.

Eso es bastante pesado, considerando que la idea de un ánodo de metal de litio fue explorada por investigadores de baterías hace décadas, solo para ser rechazada.

“Los científicos han reconocido desde hace mucho tiempo las ventajas de los ánodos de metal de litio; de hecho, fueron el primer ánodo acoplado con un cátodo. Pero debido a su falta de ‘reversibilidad’, la capacidad de recargarse mediante una reacción electroquímica reversible, la comunidad de baterías finalmente reemplazó los ánodos de metal de litio por ánodos de grafito, creando baterías de iones de litio ”, explica Brookhaven.

La batalla por la batería de vehículos eléctricos del futuro

Aún así, el canto de sirena de una capacidad específica mejorada y un voltaje más alto es difícil de ignorar, y los investigadores de Brookhaven confían en haber detectado algo que décadas de investigaciones anteriores no han podido detectar.

La clave del avance es algo llamado interfase, una película a escala nanométrica que se desarrolla en el electrodo de una batería. Una comprensión precisa de la interfase permitiría a los investigadores desarrollar una batería de metal de litio reversible.

El problema, hasta ahora, era sacar este diminuto hilo de nanoescala del electrodo y someterlo a un equipo analítico de alta tecnología sin exponerlo al aire y la humedad.

Para conocer todos los detalles jugosos sobre cómo el equipo de Brookhaven llegó a donde ningún investigador había ido antes, consulte su estudio en el último número de Nanotecnología de la naturaleza (alerta de spoiler: involucró a la Fuente de Luz Nacional Sincrotrón II de Brookhaven y la línea de luz de Difracción de Polvo de Rayos X).

La versión más corta es que el equipo de Brookhaven identificó la existencia de hidruro de litio en la interfase, lo que abre la puerta a la reversibilidad y que seguramente provocará chispas en todo el campo de investigación del almacenamiento de energía.

El químico de Brookhaven, Enyuan Hu, quien es el autor principal del estudio, parece dispuesto a luchar contra los detractores.

“Cuando vimos por primera vez la existencia de LiH, estábamos muy emocionados porque era la primera vez que se demostró que LiH existía en la interfase utilizando técnicas con confiabilidad estadística”, explicó Hu. “Pero también fuimos cautelosos porque la gente ha estado dudando de esto durante mucho tiempo”.

La idea básica es que otros equipos de investigación no lograron detectar el hidruro de litio porque lo confundían con el fluoruro de litio. Los dos tienen estructuras cristalinas similares, y el equipo de Brookhaven sugiere que la exposición a la humedad puede haber confundido los resultados de investigaciones anteriores.

Ahí va otra vez esa cosa molesta del transporte

También es interesante lo que debe haber sido un viaje espeluznante que tomó la muestra de interfaz del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico en Richland, Washington, en todo el país, hasta Brookhaven en Upton, Nueva York.

“La preparación de la muestra realizada en PNNL fue fundamental para este trabajo. También sospechamos que muchas personas no pudieron identificar LiH porque sus muestras habían estado expuestas a la humedad antes de la experimentación. Si no recolecta la muestra, la sella y la transporta correctamente, se la pierde ”, observó el coautor Xiao-Qing Yang.

El primer autor del estudio, el químico de Brookhaven, Zulipiya Shadike, también atribuye al manejo y transporte cuidadosos un papel fundamental en el avance.

“Desde la preparación de muestras hasta el análisis de datos, colaboramos estrechamente con PNNL, el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. Y la Universidad de Maryland”, señaló.

Batería del futuro para vehículos eléctricos Eyeballs del ejército de EE. UU.

Cuando el presidente Joe Biden prometió hacer la transición toda la flota de vehículos federales a un modelo de emisión cero, también dijo que espera que los actores del sector privado jueguen un papel de liderazgo, por encima de cualquier legislación de descarbonización que se abra paso en el Congreso.

Ahí es donde entra en juego el Ejército de EE. UU. El Departamento de Defensa es el propietario de una flota institucional individual más grande del mundo, y ha estado al frente y al centro en la investigación de baterías de vehículos eléctricos y la adopción de vehículos eléctricos, independientemente del fósil del Comandante en Jefe anterior. retórica amistosa. Esos esfuerzos comenzaron a fusionarse la primavera pasada, cuando el Centro de conceptos y futuros del ejército anunció que está formulando una nueva política de vehículos eléctricos en sintonía con la disponibilidad de tecnología de vehículos eléctricos comerciales.

Eso significa que se espera un cambio rápido para los fabricantes de automóviles como GM, que acaba de concretar un contrato de 214,3 millones de dólares el verano pasado con el Ejército de los EE. UU. el nuevo vehículo del escuadrón de infantería.

Efectivamente, esta semana GM se soltó con una ráfaga de noticias sobre descarbonización y electrificación, incluido un compromiso de cero emisiones para 2035 para nuevos vehículos ligeros y neutralidad de carbono en todas las operaciones a nivel mundial para 2040. Con la mirada puesta en el mercado de servicio pesado, GM también está ofreciendo tecnología de cero emisiones a otros fabricantes de vehículos, un ejemplo reciente es un acuerdo de pila de combustible con Navistar para camiones de largo recorrido y equipos todoterreno de servicio pesado (cuyo verdor dependerá de la disponibilidad de hidrógeno verde).

Por su parte, el Departamento de Energía ya está planeando un bote adicional de $ 60 millones para la investigación avanzada de vehículos que incluye una parte considerable de los vehículos eléctricos, así que estad atentos para obtener más información al respecto.

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Foto: “Los químicos de Brookhaven, Enyuan Hu (izquierda, autor principal) y Zulipiya Shadike (derecha, primer autor) se muestran sosteniendo un modelo de 1,2-dimetoxietano, un solvente para electrolitos de batería de metal de litio”Por el Laboratorio Nacional Brookhaven.

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