Baterías de litio ultrapotentes y ultrarrápidas

La potencia de una batería viene en su mayor parte determinada por la capacidad de difusión de los iones de litio y electrones a través de los electrodos. Se han intentado múltiples estrategias hasta la fecha en forma de nanocables, nanopartículas, nanotubos y nanoláminas para mejorar estas características pero en el mejor de las casos sólo se han conseguido tímidos avances. Otras complejos electrodos con estructuras en 3D de alta conductividad se han usado con algo más de éxito pero encarecen y aumentan el peso de los electrodos perjudicando la energía específica de las celdas.

El óxido de vanadio siempre ha sido un prometedor material para cátodos, tanto para electrolitos acuosos como orgánicos, pero generalmente adolece de un bajo rendimiento en ciclos debido a una gran resistencia de transferencia de carga. Sin embargo el uso de grafeno unido a él soluciona este problema.

De esta forma el óxido de vanadio sintetizado en cintas unido a láminas de grafeno muestra numerosas ventajas. Se forman numerosos canales de acceso al electrolito, mejorando la difusión de iones de litio y la conductividad eléctrica gracias a la red de grafeno es excelente. Además el porcentaje en peso de material electroquímicamente activo del electrodo es de hasta un 84%. En resumen, el electrodo permite un muy rápido movimiento de iones y electrones. Gran potencia en ambos sentidos, carga y descarga.

Para el estudio desarrollaron cátodos con porcentajes del 84%, 78% y 68% de óxido de vanadio . La muestra al 78% mantenía un gran capacidad de 415 mAh/g a 1C tras cientos de ciclos. Eso es aproximadamente más del doble que los cátodos actuales comerciales.

Pero a ritmos de descarga extremos como 84C (43 segundos) y 190C (19 segundos) el mismo electrodo también mostraba capacidades estables de 222 y 204 mAh/g respectivamente. Incluso así tenemos una energía específica algo mayor que celdas comerciales actuales. Y después de 1000 ciclos aún conservaba 190 mAh/g, un 90% de la capacidad inicial.

Vale, no aumentas exageradamente la capacidad de las baterías, pero si la potencia. Unos de los grandes beneficiados de unas baterías así pueden ser los híbridos, y especialmente camiones y autobuses. Con tan solo 1 kWh de esta clase de baterías ya podrían proporcionar hasta 190 kW de potencia a un motor eléctrico. Prácticamente cualquier vehículo podría pasar a tener cifras de aceleración excelentes con muy poco peso extra, y además unas baterías así podrían aprovechar mucho mejor el frenado regenerativo que a veces ha de limitarse por la propia capacidad de carga de las baterías.

¿Y cuando veremos algo así en la calle? Si por mi fuera, y seguro que por vosotros también, ayer. En la realidad, no lo se, pero espero y deseo que no se quede algo así en el cajón de nadie. Tener en cuenta que una batería que pueda cargar a corrientes de «sólo» 20C ya se puede cargar en 3 minutos, la solución a uno de los aspectos más demandados en los coches eléctricos para su definitivo despegue.

Con 30 kWh de esto en el coche y una buena infraestructura el problema de la capacidad simplemente desaparece. Parando cada hora  o hora y media de marcha durante 3 minutos, hasta el fin del mundo. Ahora solo faltan electrolineras que puedan darnos 600 kW para cargar 30 kWh en 3 minutos. Pecata minuta.

Ya estoy viendo en un futuro no tan lejano un Formula Uno eléctrico parando en boxes y en lo que cambia las ruedas recibiendo 100 kWh. Me voy a tomar un café para asimilar esto, pero en vez de azúcar o sacarina creo que le voy a echar un poquito de óxido de vanadio con algunas virutas de grafeno. A ver que pasa.

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