Desarrollan una revolucionaria batería de metal-litio orgánica libre de cobalto

La búsqueda de una combinación que permita aumentar la densidad energética de las baterías para los coches eléctricos es una carrera en la que están involucrados desde los laboratorios de los grandes fabricantes, así como los mejores talentos de las universidades más prestigiosas. El último ejemplo nos llega desde el departamento de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería Cullen, Universidad de Houston, que han presentado los resultados de sus trabajos con una prometedora batería de metal-litio orgánica y libre de cobalto.

Se trata de una nueva perspectiva que permite afrontar esta tecnología solventando uno de los principales retos. El uso de materiales como el cobalto, con un fuerte impacto ambiental y humanitario durante su extracción. Y todo con un elevado nivel de densidad y seguridad.

Se trata de una batería de litio de estado sólido que como novedad contarán con un cátodo de base orgánica libre de cobalto. Un conjunto fabricado mediante un proceso asistido por disolventes para alterar la microestructura del electrodo. Esto permite acceder a una mayor proporción del material activo del cátodo lo que según sus diseñadores supondrá un enorme paso adelante de cara a aumentar la densidad energética de las baterías de base orgánica actuales, y de paso reducir el coste del conjunto. Sin duda su punto más interesante.

Otra ventaja es que al usar electrolitos sólidos, permite combinar este tipo de electrodos con un ánodo de metal de litio, lo que evita los cortocircuitos, mejorar la densidad de energía y permite una carga más rápida y segura.

También añadir dentro del apartado de puntos interesantes a favor de esta combinación que las baterías de litio basadas en compuestos orgánicos (OBEM-Li) son además de una alternativa que usa materiales más abundantes y baratos, también que es más limpia y que se recicla más fácilmente.

Según Yan Yao, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Houston: «Existe una gran preocupación en torno a la cadena de suministro de baterías de litio en todo el mundo. En este trabajo, mostramos la posibilidad de construir baterías de litio de alta densidad energética mediante la sustitución de los cátodos a base de metales como el cobalto con materiales orgánicos obtenidos de una refinería de petróleo o una biorrefinería”.

El principal reto de esta tecnología es su bajo nivel de densidad energética comparado con los sistemas de metal-litio que usan cobalto. Estos pueden alcanzar los 800 Wh/kg. Cifra que en el caso de los componentes orgánicos eran muy inferiores.

Pero los responsables de esta iniciativa descubrieron cómo mejorar la densidad energética del electrodo en las baterías OBEM-Li optimizando la microestructura del cátodo para mejorar el transporte de iones dentro del cátodo. Para hacer esto, la microestructura se alteró usando un solvente familiar: el etanol. El cátodo orgánico utilizado fue 4,5,9,10-pirenotetraona o PTO.

Gracias al nuevo procesado, las pruebas en el laboratorio han dado como resultado que la microestructuración asistida por disolvente logró aumentar la densidad energética hasta los 300 Wh/kg, que supone casi el doble de cuando se ha usado la mezcla en seco, que se queda en 180 Wh/kg.

Según el profesor Jibo Zhang, colaborador en el proyecto: «Inicialmente estaba examinando las propiedades químicas de la PTO, que sabía que oxidaría el electrolito de sulfuro. Esto llevó a una discusión sobre cómo podríamos aprovechar esta reacción. Junto con los colegas de la Universidad de Rice, investigamos la composición química, la distribución espacial y la reversibilidad electroquímica de la interfase cátodo-electrolito sólido, lo que puede darnos pistas sobre como la batería podría funcionar tan bien sin que su capacidad decaiga”.

Otro avance que puede abrir una nueva vía en una carrera donde no sólo es importante la mejora de las densidades energéticas y volumétricas, sino también hacerlas de la forma más económica, sostenible posible, y que puedan reciclarse de una manera lo más sencilla posible.

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Fuente | Cell.com