Baterías sin ánodo y con el doble de autonomía en coches eléctricos, el último logro de unos investigadores coreanos
De entre todos los avances para baterías de coches eléctricos que se están estudiando en laboratorio, este que llega desde Corea del Sur es realmente prometedor e interesante, sobre todo por la forma de lograrlo.
Recientemente os traje un recopilatorio con las diferentes químicas presentes, pasadas y futuras en las baterías de los vehículos eléctricos. Y justamente en el último apartado, en el de “otras opciones” no tan habituales, os mencioné las baterías de litio-metal. Estas prometen la mayor densidad energética, pero cuentan con grandes dificultades para su desarrollo. Ahora, una nueva configuración innovadora desde Corea les da una vuelta de tuerca.
Investigadores del departamento de química de Postech, Kaist y la Universidad Nacional de Gyeongsang, y con el apoyo del Ministerio de Ciencia y TIC de Corea del Sur, han mostrado sus avances en laboratorio con un nuevo tipo de batería de litio-metal sin ánodo. Recordemos que las baterías constan de tres elementos fundamentales: el ánodo, que es el electrodo que actúa como “almacén de litio”; el cátodo, que es el electrodo donde el litio entra durante la descarga desde el ánodo; y el electrolito, el medio que permite que los iones de litio se muevan entre ambos.
Este avance en baterías, que dista mucho todavía de hacerse realidad, es una interesante demostración científica de lo que puede dar de sí una batería sin el ánodo, hecho de grafito o silicio. Los investigadores se propusieron responder a estas preguntas: «¿Podría un vehículo eléctrico viajar de Seúl a Busan (más de 800 kilómetros) y regresar con una sola carga? ¿Podrían los conductores dejar de preocuparse por el rendimiento de la batería incluso en invierno?».
La respuesta está en esta batería de litio-metal sin ánodo, que promete ofrecer prácticamente el doble de autonomía con el mismo volumen. Para ello, han hecho lo propio con la densidad energética volumétrica de la batería: esta llega a los 1.270 Wh/L, casi el doble respecto a las de iones de litio usadas en la actualidad en coches eléctricos, que alcanzan los 650 Wh/L. ¿Cómo funciona entonces esta batería sin ánodo?
Eliminando por completo el ánodo convencional, esta revolucionaria batería hace que los iones de litio almacenados en el cátodo, al moverse, se depositen directamente en un colector de corriente de cobre. Sin el mencionado ánodo, los investigadores pudieron dedicar más espacio interno al almacenamiento de la energía. Pero como decíamos antes, las baterías de litio-metal se enfrentan a importantes dificultades derivadas de la formación de las dendritas.
Estas estructuras puntiagudas que se pueden generar en el interior de la batería aumentan el riesgo de cortocircuitos y, además, pueden dañar la superficie del litio, lo que acorta rápidamente su longevidad y vida útil. Para luchar contra estos problemas, los desarrolladores surcoreanos han combinado dos estrategias.
Por un lado está el “Host Reversible”, una estructura polimérica con nanopartículas de plata que permiten que el litio se deposite de forma ordenada y uniforme. Por el otro, el “Electrolito Diseñado” mejora todavía más la estabilidad gracias al uso de una capa protectora delgada y robusta sobre la superficie del litio; algo así como un «vendaje» sobre la piel, lo que debería prevenir el crecimiento de las dendritas.
Los primeros resultados mostrados en laboratorio no solo se han validado en pequeñas celdas, también en baterías tipo bolsa, acercándose así más a las aplicaciones reales en coches eléctricos. Esta batería funcionó de forma estable, con una eficiencia coulombiana promedio (medida clave en baterías que indica qué tan bien retienen la carga eléctrica) del 99,6% y reteniendo un 81,9% de su capacidad inicial tras 100 ciclos. Esta última cifra no parece muy destacable, teniendo en cuenta que en aplicaciones reales logran conservar el 80% tras 1.000-2.000 ciclos, no así para aplicaciones científicas en laboratorio.
«Este trabajo representa un avance significativo al abordar simultáneamente cuestiones de eficiencia y vida útil en baterías de litio metálico sin ánodo. Nuestro estudio demuestra que el diseño de electrolitos basado en disolventes disponibles comercialmente puede lograr una alta movilidad de iones de litio y estabilidad interfacial», afirman los responsables de esta investigación, que ven un gran potencial para que las baterías puedan reducir en el futuro su peso y su volumen, mejorando además su viabilidad comercial y sus costes de producción.
Fuente | Postech
