La solución para cargar más rápidamente los coches eléctricos podría venir... de la NASA

Entre los problemas que surgen en torno a los vehículos eléctricos de batería, o BEV, muchos son recurrentes y se han convertido en una preocupación para los fabricantes de automóviles y, sobre todo, para los potenciales usuarios que se disponen a dar el salto a la electromovilidad o ya lo han dado. La falta de una infraestructura pública de recarga suficiente sería uno de ellos, y la enorme diferencia de autonomía entre ambientes muy fríos y otros más templados o cálidos también es un inconveniente conocido.

Pero quienes dudan sobre un futuro en el que la mayoría de los vehículos sean eléctricos suelen señalar también un tercer factor: el tiempo de recarga, netamente superior al repostaje de un vehículo con motor de combustión. Y aunque ya hay estaciones ultrarrápidas con potencias de carga de hasta 350 o 400 kW, y cada vez son más los vehículos que admiten recargas en corriente continua de 125, 150, 175 o hasta 200 kW, cuando no más, las dudas serían lógicas si pensamos en una situación de tráfico intenso en vacaciones y fin de semana, por ejemplo, donde podrían producirse cuellos de botella en las estaciones situadas a 250, 300 o 350 kilómetros de grandes ciudades, la zona donde cientos o miles de conductores podrían querer cargar la batería al cabo de dos o tres horas de viaje. Incluso si las recargas actuales de 25 o 30 minutos se redujeran a 10 o 15 minutos. Porque seguiría siendo el doble o el triple de tiempo de lo que se tarda en llenar un depósito de gasolina o gasóleo, y las colas parecen garantizadas en momentos puntuales.

Es por eso que en el sector se trabaja en recargas aún más potentes y rápidas, y el objetivo para el futuro es lograr operaciones tan rápidas como las que hoy protagonizan los modelos con motor de combustión. Una combinación de tecnología Plug & Charge (llegar, enchufar y cargar, sin ningún paso previo como uso de tarjetas o aplicaciones) con cargas de alta potencia y ultrarrápidas. Si los vehículos admitieran los 400 kW de potencia que ya suministran algunos cargadores, en unos 6 minutos podríamos repostar aproximadamente 40 kW (no es una regla de tres exacta, porque influyen muchos factores, como el nivel de carga de la batería, su temperatura, la del cargador...), energía suficiente de media para cubrir otros 200 kilómetros. Pero, siguiendo con el ejemplo, para cargar 80 kW, necesarios para hacer unos 400 kilómetros, ya serían 12 minutos, y aunque eso hoy puede parecer poco, sería demasiado tiempo en un escenario futuro donde la mayoría de los vehículos fueran eléctricos.

De esas futuras estaciones mucho más rápidas que los cargadores ultrarrápidos actuales se viene hablando desde hace tiempo. Sería el caso de la red Megacharger de Tesla, que se dedicará a alimentar por ejemplo los camiones eléctricos Semi, y hace unos días teníamos ocasión de conducir en Alemania el camión eléctrico MAN eTruck, que llegará en 2024 y estará preparado para cargar en las estaciones MCS (Megawatt Charging System), que en fase de pruebas ya trabajan a 1.250 kW (1,25 MW), para cargar baterías de hasta 500 kWh durante la pausa de 45 minutos de los camioneros obligatoria cada cuatro horas; aunque el objetivo de sus creadores es alcanzar los 3.750 kW de potencia de carga (3,75 MW), lo que reduciría la operación de carga de los enormes camiones a 10 minutos.

Y ahora, la solución de la NASA

No es nuevo que soluciones ideadas en la carrera espacial, surgidas para resolver problemas a miles o millones de kilómetros de distancia de nuestro planeta, acaben siendo aplicadas a nuestro día a día en La Tierra. Desde los joysticks o los aspiradores sin cable a los filtros de las jarras de agua o los cierres de velcro. Y la próxima puede tener que ver con los vehículos eléctricos, pues la agencia estadounidense lleva tiempo trabajando en una nueva técnica de control de temperatura que podría servir para cargar las baterías de los coches más rápidamente, al permitir mayores capacidades de transferencia de calor y, por tanto, mayor potencia de carga.

Las futuras misiones a la Luna y a Marte requerirán de esas capacidades avanzadas de transferencia de calor, pues las naves utilizadas emplearán sistemas complejos que deben operar a temperaturas específicas, como los sistemas de energía de fisión nuclear y las bombas de calor de compresión de vapor. De ahí que un equipo de investigación de la NASA esté desarrollando actualmente una tecnología que optimiza la transferencia de calor para que los sistemas funcionen siempre a las temperaturas adecuadas en el espacio, al tiempo que trabajan también en la reducción del tamaño y el peso del hardware.

Esa nueva tecnología, denominada FBCE (experimento de condensación y ebullición de flujo), es la base de los ensayos de transferencia de calor y flujo de fluidos en dos fases que se están llevando a cabo desde agosto de 2021 a unos 400 kilómetros por encima de nuestras cabezas, en el entorno de microgravedad de la ISS (Estación Espacial Internacional). Según explican desde la NASA, "el módulo de ebullición de flujo del FBCE incluye dispositivos generadores de calor montados a lo largo de las paredes de un canal de flujo por el que circula refrigerante en estado líquido. A medida que estos dispositivos se calientan, la temperatura del líquido en el canal aumenta, y finalmente el líquido adyacente a las paredes comienza a hervir, generando pequeñas burbujas en las paredes que salen de esas paredes a alta frecuencia, extrayendo continuamente líquido desde la zona interior del canal hacia las paredes del canal".

Este proceso transfiere calor de forma eficiente aprovechando tanto la temperatura más baja del líquido como el consiguiente cambio de fase de líquido a vapor, un proceso que mejora mucho cuando el líquido suministrado al canal está en un estado subenfriado, es decir, muy por debajo del punto de ebullición. Y esa nueva técnica de ebullición de flujo subenfriado es la que logra una eficacia de la transferencia de calor muy superior a la conseguida mediante otros métodos.

El equipo de desarrollo, de la Universidad de Purdue (Indiana), aplicó recientemente los principios del FBCE al proceso de recarga de vehículos eléctricos. Y usando esta tecnología, el refrigerante líquido dieléctrico (no conductor) se bombea a través del cable de carga, donde captura el calor generado por el cable conductor de corriente, pues la ebullición de flujo subenfriado elimina una gran cantidad de calor, de manera que el sistema de carga puede ser mucho más potente de lo normal, alcanzándose una corriente de hasta 2.400 amperios, muy cerca de los 3.000 amperios a 1.250 voltios del sistema MCS (Megawatt Charging System) de 3.750 kW. O, dicho de otro modo, multiplicaría aproximadamente por ocho la potencia y la velocidad de carga en comparación con una estación ultrarrápida actual de 350 o 400 kW, lo que implicaría tiempos de recarga tan rápidos como los respostajes de combustible, e incluso más veloces: unos 80 kW en dos minutos.

No obstante, una cosa es la potencia de carga suministrable y otra muy distinta la potencia máxima de carga que admiten las baterías, que ahora limitan esta en favor de la fiabilidad, por ejemplo. De ahí que la futura implantación de soluciones como el sistema FBCE de la NASA o el MCS dependan también de los avances en el desarrollo de las baterías.