Uno de los principales problemas planteados por las baterías de estado sólido ha sido solventado gracias a un material de electrodo positivo desarrollado por científicos de la Universidad de Yokohama y de la UNSW australiana.
La tecnología de las baterías de estado sólido ha sido señalada por la industria y los expertos como el Santo Grial del coche eléctrico. Con ellas, los fabricantes de automóviles esperan alcanzar la madurez definitiva en materia de rendimiento, seguridad y tiempos de recarga.
Sin embargo, para que las baterías de estado sólido lleguen al mercado -y se asienten como opción mayoritaria- quedan aún 10 años. Lo ha dicho StoreDot, uno de los principales fabricantes más prestigiosos.
La razón es que los retos tecnológicos y científicos que las baterías de estado sólido plantean son aún numerosos y complejos, por lo que todavía hacen falta años de desarrollo y evolución.
La solución que alargará la vida útil de las baterías de estado sólido
Las afirmaciones de StoreDot se produjeron antes de que un grupo de científicos publicara un artículo científico en el que detallan la investigación que ha dado como resultado un nuevo tipo de material de electrodo positivo.
Dicho material ofrece una estabilidad sin precedentes en las baterías de estado sólido, ofreciendo una solución a un problema clásico de este tipo de tecnología.
Las baterías de estado sólido ofrecen muchas ventajas, pero aún no han alcanzado un rango de durabilidad aceptable para su ingreso en el mercado. El problema reside en la alteración de la estructura cristalina y la influencia de ello en su volumen. Estos cambios repetidos en el mismo, acaban provocando alteraciones irreversibles que reducen su vida útil notablemente.
Titanato de litio, dióxido de litio y vanadio
El equipo de científicos dirigido por el profesor Naoaki Yabuuchi de la Universidad Nacional de Yokohama, Japón, ha encontrado un tipo de material de electrodo positivo con una estabilidad sin precedentes. Su trabajo fue co-escrito por el Profesor Asociado Neeraj Sharma de UNSW Sydney, Australia, y el Dr. Takuhiro Miyuki de LIBTEC, Japón.
En concreto, el material del que hablamos es el que forma un sistema binario compuesto por porciones optimizadas de titanato de litio (Li2TiO3) y dióxido de litio y vanadio (LiVO)2).
Cuando este material se muele a un tamaño de partícula apropiado del orden de nanómetros, este ofrece una alta capacidad gracias a la gran cantidad de iones de litio que se pueden insertar y extraer reversiblemente durante el proceso de carga y descarga.
Además, este material tiene una propiedad especial que lo posiciona por encima del resto: su volumen prácticamente no cambia cuando está cargado y descargado. «Cuando la contracción y la expansión están bien equilibradas, la estabilidad dimensional se mantiene mientras la batería se carga o descarga, es decir, durante el ciclado», dice el profesor Yabuuchi.
«Anticipamos que un material verdaderamente invariable dimensionalmente, uno que retenga su volumen en el ciclo electroquímico, podría desarrollarse optimizando aún más la composición química del electrolito», amplía.
Más rendimiento de la celda de estado sólido
Este nuevo material, junto con sus propiedades, permite también un incremento del rendimiento de las celdas de las baterías, afirma el artículo científico.
El equipo de investigación probó este nuevo material de electrodo positivo en una celda de estado sólido. Lo combinó con un electrolito sólido apropiado y un electrodo negativo. Esta celda exhibió una capacidad notable de 300 mAh/g sin degradación durante 400 ciclos de carga y descarga.
«Este hallazgo podría reducir drásticamente los costes de la batería. El desarrollo de baterías prácticas de estado sólido de alto rendimiento también puede conducir al desarrollo de vehículos eléctricos avanzados», afirma el profesor Sharma.
Y, según afirman los investigadores, al refinar aún más los materiales de electrodos dimensionalmente invariantes, pronto será posible fabricar baterías que sean lo suficientemente buenas para vehículos eléctricos en términos de precio, seguridad, capacidad, velocidad de carga y vida útil.
«El desarrollo de baterías de estado sólido de larga duración y alto rendimiento resolvería algunos de los problemas de los vehículos eléctricos», concluye el profesor Yabuuchi.
