¿Cómo hacer más longevas y seguras las baterías de iones de litio? Con nanofibras vegetales

La recarga con intensidades altas envejece las baterías y reduce su vida útil por la formación de nanoestructuras no deseadas llamadas dendritas. En un caso extremo, ya no hablamos únicamente de menor vida útil, sino de riesgo de incendio. Para compensar esos efectos se varían las proporciones de níquel, manganeso y cobalto en las baterías NMC a costa de afectar a otras variables.

Múltiples investigaciones se están haciendo para una mejora multidimensional en cuanto a baterías, y el electrolito/estado sólido es esperanzador en ese sentido. El problema es cómo conseguir a la vez más potencia de carga y descarga, buena densidad energética, durabilidad, estabilidad, volumen/masa contenidos, precios asequibles, etc.

La investigación llevada a cabo por los equipos de Liangbing Hu, del Departamento de Ciencia de Materiales e Ingeniería de la Universirdad de Maryland, y Yue Qi, de la Escuela de Ingeniería de Brown, es prometedora al respecto. Todo se basa en nanofibras de celulosa, presentes en la madera, por lo que hablamos de un recurso muy abundante, renovable y ecológico -y fuera de zonas de conflicto-.

Las nanofibras de celulosa conforman túneles a nivel molecular que facilitan el tránsito de ida y vuelta de los electrones

La mayoría de las investigaciones en baterías de estado sólido apuestan por materiales cerámicos, que tienen una elevada conductividad eléctrica pero su rigidez es un problema, así como su integración en los electrodos y durabilidad en repetidos ciclos de carga y descarga. Las fibras poliméricas evitan esos problemas, pero tienen peor conductividad. Ambos equipos afirman haber encontrado una solución.

El material que han obtenido en laboratorio combina cobre con nanofibras de celulosa, que a nivel molecular conforman unos pasadizos por los cuales los iones de litio fluyen libremente. Esto, según los investigadores, dificulta la formación de las temidas dendritas. Es un material fino y flexible, con una conductividad eléctrica muy buena en comparación con materiales cerámicos, 1,5*103 S/cm. Da su mejor resultado con voltajes entre 0,2 y 4,5 V.

Los resultados de su trabajo están disponibles en un artículo de acceso limitado en Nature, «Copper-coordinated cellulose ion conductors for solid-state batteries». Los resultados son extensivos a otros polímeros y metales, y tal vez algún día los veamos reflejados en baterías de producción en serie. Tendría mucha gracia que, después de haberla descartado para usos energéticos, la madera vuelva a ser muy necesaria. Afortunadamente, es un material muy fácil de conseguir.

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