¿Cuál es la diferencia entre capacidad y energía?

Aunque usamos la palabra capacidad en la conversación diaria, tiene un significado particular para los científicos de baterías, lo que puede afectar la forma en que entendemos el rendimiento de la batería. En los términos más simples, la capacidad de una batería describe cuántos electrones puede almacenar para su uso posterior.

La capacidad de una batería no le dice la cantidad de energía que almacena o el rango de manejo que puede entregar Incluso con una buena capacidad, no es posible saber cuánta energía almacena la batería sin conocer el voltaje. Esto se debe a que un voltaje más alto entregará más energía para una capacidad dada. La matemática es simple:

Energía (vatios-hora) = Capacidad (amperios-hora) x Voltaje (voltios)

Veamos un ejemplo usando la ecuación anterior: si una batería tiene una capacidad de 3 amperios por hora y un voltaje promedio de 3,7 voltios, la energía total almacenada en esa batería es de 11,1 vatios por hora: 3 amperios por hora (capacidad) x 3,7 voltios (voltaje) = 11,1 vatios por hora (energía). Esto es suficiente para alimentar un teléfono inteligente durante un día[1]; Miles de estas baterías componen un paquete de baterías EV.

Este diagrama proporciona una analogía que ilustra la diferencia entre capacidad y energía. La capacidad está representada por la cantidad de agua en la cima de la colina y el voltaje por su elevación. La energía es extraída por el molino al pie de la colina. Para saber cuánta energía podrá usar el molino, necesita saber tanto la altitud como la cantidad de agua. En las baterías, el principio es el mismo; El voltaje tiene tanta influencia en la energía de una batería como su capacidad.

Ciclo de vida: ¿Energía o capacidad?

Los EV pueden ver que su rango de conducción se desvanece después de muchos ciclos de carga (este efecto se mide como ciclo de vida). Este desvanecimiento puede ser causado por factores tales como cargas rápidas repetidas o temperaturas extremas. Esta es la razón por la que QuantumScape somete sus baterías a pruebas durante muchos cientos de ciclos, con velocidades de carga rápidas y condiciones de funcionamiento típicas.

Entonces, predecir la vida útil de una batería requiere comprender cómo la batería pierde la capacidad de almacenar energía con el tiempo (o muchos ciclos). Es por eso que en Green Tech, siempre informamos la retención de energía de descarga en nuestras pruebas de ciclo de vida. Esta es una medida de cuánta energía puede entregar la batería en cada ciclo, y en nuestra batería, esto se desvanece muy lentamente: después de 10000 ciclos, nuestra batería todavía puede entregar más del 80% de la cantidad original de energía.

Cuando las pruebas de ciclo de vida solo incluyen retención de capacidad, no retención de energía, esto solo cuenta la mitad de la historia Sin saber también cómo cambia el voltaje con el tiempo, es imposible saber la diferencia entre una batería que puede durar cientos de ciclos y una batería que será casi inútil después de unas pocas docenas.

Esto es importante porque acelerar la revolución de los vehículos eléctricos requiere baterías nuevas que puedan ofrecer un rendimiento mejorado para los conductores y que también soporten muchos años de ciclos de carga. Una batería que puede acumular más energía en un EV no es útil si esa energía se desvanece rápidamente en unos pocos meses, y una batería que puede cargarse rápidamente no es útil si la carga rápida compromete la vida útil y el valor del vehículo. Por lo tanto, la próxima vez que vea un informe de la batería sobre el rendimiento del ciclo de vida, asegúrese de verificar si se trata de energía real o solo de capacidad. Si solo se informa la capacidad, no tiene todo lo que necesita para comprender cómo se desvanecería esa batería con el tiempo en un EV del mundo real.