Electrolito sólido. La gran promesa.

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La universidad de OAK ha publicado en los últimos meses varios artículos de lo que podría ser un gran salto evolutivo en las baterías, tanto para las de ion-litio como para las prometedoras litio-azufre. Esta vez no se trata de otro prometedor cátodo o de un nueva nanoestructura con grafeno. Es algo mucho más revolucionario, es el prometedor electrolito sólido, el Santo Grial de las baterías.

La reintroducción de los coches eléctricos en el mercado ha supuesto todo un reto a la tecnología actual de baterías de ion-litio que, aunque suficientes para el día a día, no logran alcanzar los requisitos de los usuarios acostumbrados a la autonomía y la velocidad de recarga de los vehículos con motores térmicos.

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Cristales porosos de Li3PS4

Para llegar a satisfacer la demanda las futuras baterías han de triplicar, como mínimo, en capacidad a las actuales y soportar recargas rápidas sin sufrir fatiga. Pero mucho más importante que todo eso, han de ser seguras. Cerciorarse de que problemas como el del Mitsubishi Outlander o el Boeing 787 Dreamliner no puedan ocurrir. Y la mejor forma es eliminar el material inflamable de las baterías, el electrolito liquido.

Las baterías actuales contienen un electrolito orgánico que disuelve los iones de litio y permite que estos “naden” desde entre el ánodo y el cátodo durante los ciclos de carga y descarga. El problema es que este líquido es inflamable. Aunque es inusual no es descartable que con un aumento de temperatura y con la formación de oxigeno durante las reacciones químicas que se dan en la pila el electrolito pueda causar un fuego o una pequeña explosión.

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Reacciones de carga y descarga

Sustituir esté electrolito por un compuesto sólido no inflamable solucionaría no solo ese problema. Reduciría además la reacciones no deseadas que dan en la pila (ver entrada, Vida y muerte de una batería de ion-litio (parte II) ) mejorando su rendimiento y por otro lado permitiría el uso de cátodos con mayor proporción de litio, incluso litio metálico puro, reduciendo así la cantidad de material del ánodo, por lo tanto su peso y consecuentemente aumentado la relación energía/peso de la batería.

Desafortunadamente los electrolitos sólidos conocidos tienen muy poca conductividad, por lo que la densidad de corriente es insuficiente para cubrir las necesidades normales de una batería. Por el momento el compuesto más aventajado son los derivados del tetratiofosfato de litio, Li3PS4, que consiguen conductividades a temperatura ambiente comparables a los electrolitos líquidos, pero son laboriosos y caros de fabricar.

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En ese sentido la universidad de Oak, financiada por el departamento de energía estadounidense, el DOE, ha dado dos grandes pasos hacia la producción comercial de estos compuestos y su consecuente aplicación en baterías. Han descubierto una ruta sintética para obtener Li3PS4 de forma más sencilla y posteriormente lo ha polimerizado con azufre para obtener un compuesto rico en azufre que actúa a la vez como cátodo y como electrolito.

Usando litio metálico para el ánodo y el cátodo de este compuesto han logrado una capacidad 8 veces mayor que los cátodos de las baterías de ion litio pudiendo soportar cargas a 2C con perdidas reversibles y durante 300 ciclos sin apenas perder capacidad, ya que el azufre no se degrada. Siendo el voltaje de las baterías aproximadamente la mitad que en la de ion-litio la ganancia es aun de 4 veces. Estas pilas rinden mejor alrededor de los 60ºC, ya que mejora la conductividad del cátodo, dejando el calentamiento de ser una problema y sin peligros de incendios.

Artículos relacionados

Vida y muerte de una batería de ion-litio (parte I)
Vida y muerte de una batería de ion-litio (parte II)
Vida y muerte de una batería de ion-litio (parte III)
Baterías con electrolito sólido ¿el futuro?

Fuentes | ORLN | Angewandte | JACS



Energias renovables

9 Comment responses

  1. Avatar
    June 09, 2013

    A ver si estas promesas pasan a la realidad. A veces aburre leer tantas noticias de baterias revolucionarias durante meses o años y estas nunca llegan.

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      June 10, 2013

      No tengo más que decir que subscrito tu comentario letra por letra.

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    June 09, 2013

    Antes de que salgan 40 detractores largando sobre el estado actual de las baterías hay que considerar que los logros alcanzados en la última década han sido impresionantes.

    Hay que tener paciencia. Creo que hay demasiada ansiedad en el desarrollo de los vehículos eléctricos por parte de los que desean con todas sus ganas el cambio de modelo en la movilidad.

    Muchas de las investigaciones sobre las baterías que se están llevando a cabo ahora mismo tendrán su aplicación práctica en los próximos 10 años.

    Vehículos eléctricos como los actuales, pero al mismo precio de los de gasoil o gasolina, sin subvenciones y con una autonomía de unos 250 km manteniendo 120 km/h por autovía pueden ser la diferencia entre las ventas testimoniales y una verdadera explosión de ventas.

    Lo que queda cada vez más palpable es que van a ser constructores como Tesla los que van a dar ese paso, y cuando sus ventas sean lo suficientemente importantes como para que los fabricantes tradicionales vean peligrar su cuota de mercado, entonces la velocidad del cambio va a ser tan brutal que el parque de vehículos dentro de 15 años no lo va a conocer ni la madre que lo parió.

    No, no va a haber un cambio gradual, el cambio va a ser de los que quitan el hipo. Algo parecido a lo que ha pasado con los vehículos diesel en este país, pero a lo bestia.

    S2.

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    June 09, 2013

    Es un poco lo de JJ y lo de Anonimus. Tengamos en cuenta que si no lo hace la industria de la construcción, la industria de la automoción tendrá que devolver algo del peso de la economía productiva en el PIB. ¿Por qué de este argumento? Hemos visto que la economía financiera-especulativa está a punto de cargarse no sólo los gobiernos, sino la misma economía productiva que cada vez tiene menos parte del pastel. La economía financiera (por su intrínseca naturaleza) se basa en la valorización: dado un activo, convences (encuentras la demanda) a alguien (o a muchos) que vale 100 cuando -sin ninguna modificación- en realidad te costó 50. Ganancia (margen): 100%. Valor añadido: 0%. Uno de los principios que se hartaron de enseñarnos en empresariales era el del concepto de información perfecta (por cierto, algo tan utópico como el comunismo): TODO el mundo tiene acceso a TODA la información a un coste CERO. Dados a elegir, el sector de la automoción opera en una situación de información perfecta mayor (o de información imperfecta menor) que otros sectores, sobre todo el sector financiero-especulativo. El sector de la automoción opera con mucha competencia, es tecnológicamente avanzado (bueno, tampoco es rocket-science), crea muchos opuestos de trabajo (aunque también los destruye) y ofrece un producto que no se revaloriza y sufre un acusado desgaste (por lo que hay que sustituirlos…es decir, comprar otro), no como en el caso de los inmuebles (aunque la experiencia de la crisis nos ha mostrado otra cosa).
    Bien, pues de todas estas promesas de la tecnología, alguna llegará a ser comercialmente viable y si el mercado (oferta y demanda) están sanos (!!¡¡) como dice JJ el salto puede ser cuántico. El modelo de negocio de Tesla parece ser el mejor preparado para beneficiarse de estos avances y sobre todo, no está “ensuciada” su imagen por los males de leas grandes corporaciones de la automoción mundial.
    Estaremos atentos, como no, a la evolución de ésta y otras tecnologías.

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  4. Avatar
    June 09, 2013

    Anonimus ¿Qué hay que tener paciencia? Llevamos asi desde principios del siglo XX si, si, 100 años…El desarrollo de las baterías no lleva una década como dices, mucho más y los avances son lentísimos. Lo cierto es que a día de hoy estamos con un Leaf que lleva una batería de 270kgs y apenas 100kms de autonomía real a 120km/h con estas cifras tan patéticas no se puede pedir paciencia sino como no desesperarse. Noticias de estas se ven día si y al otro también y las cosas siguen como están sin nada real bajo el horizonte por que no te engañes todo es humo y más humo, admiro tú optimismo pero sigue esperando tal vez te mueras en una silla de viejo deseando ver la batería milagrosa que jamas llegara.

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  5. Avatar
    June 09, 2013

    Estimados contertulios. Afortunados seremos los que en esta generación asistiremos al cambio de modelo de movilidad. Tantas noticias, tan frecuentes, desde tantos laboratorios distintos, en tan poco tiempo… en un campo con tanto margen por evolucionar…
    La irrupción de la telefonía móvil nos va a parecer que ha sucedido a cámara lenta comparado con la invasión que nos espera de vehículos eléctricos.
    Si ahora un modesto (en autonomía) Leaf me hace disfrutar de la conducción cada día, no puedo imaginar qué maravillas me deparará su sustituto…
    Personalmente estoy preparando una particular porra personal, he apuntado autonomía, Wh/Kg, peso del pack, KWh y precio del futuro sustituto de mi Leaf. Está todo en un papelito que he escondido convenientemente. En unos años seguro que me río releyéndolo.
    Mientras todas estas investigaciones cuajan, siéntense y disfruten, el espectáculo está asegurado.
    Saludos.

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    June 10, 2013

    Ciertamente mucha literatura y poca aplicación…

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  7. Avatar
    June 11, 2013

    El que saque una buena bateria se forra, y no solo para los coches, bicis y motos electricas, los fabricantes de moviles, tablets, portatiles … Hay muchos interesados en que esto despegue, lo que demuestra que el tema es chungo de verdad. Que avanza despacio es verdad, pero avanza, no hay mas que ver lo que dura la bateria de mi tablet, con su pedazo pantalla, wifi ..?

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