Un equipo del MIT ha diseñado un ánodo de metal de litio para mejorar la longevidad y la densidad de energía de las futuras baterías. La nueva nanoarquitectura en forma de panal promete un salto evolutivo a las baterías de estado sólido.
Imagina poder cargar tu smartphone sólo una vez cada tres días, sin que cambie el peso o el tamaño del dispositivo. Hoy en día no es algo fantasioso: un avance que daría vida a la electrónica de consumo con estas nuevas baterías de estado sólido. Un grupo de ingenieros del Instituto de Massachusetts, en colaboración con colegas de Hong Kong, Florida y Texas, ha dado el primer paso hacia la nueva generación de baterías recargables.
Una de las muchas formas en que los científicos esperan mejorar los actuales sistemas de almacenamiento basados en el ión-litio es reemplazando algunos de los componentes líquidos (electrolitos) por medios sólidos. Conocidas simplemente como baterías de estado sólido, estos dispositivos son más seguros y menos propensos al riesgo de incendio o explosión. Además, se prestan a grandes cambios arquitectónicos. El ánodo en las unidades de iones de litio de hoy en día es una mezcla de cobre y grafito, pero en los nuevos dispositivos podría estar hechos de litio puro. Esto permitiría aumentar significativamente la densidad de energía y, en la práctica, prolongar la carga de los vehículos eléctricos y los dispositivos electrónicos en general.
«Se ha trabajado mucho en las baterías de estado sólido, con electrodos de metal de litio y electrolitos sólidos«, explica, señalando que estos esfuerzos se han topado con una serie de problemas. Una de las principales es la acumulación de átomos en el interior del metal de litio y su consiguiente expansión durante la carga; por el contrario, durante la fase de descarga, el metal se encoge. Estos repetidos cambios dimensionales a lo largo de los ciclos dificultan que los sólidos mantengan un contacto constante. ¿El mayor riesgo? La fractura o el desprendimiento del electrolito.
Otro problema que no hay que subestimar es que ninguno de los electrolitos sólidos propuestos son químicamente estables una vez en contacto con el metal de litio altamente reactivo. Como resultado, el compuesto tiende a degradarse con el tiempo.
La solución a ambos desafíos proviene de un nuevo diseño que utiliza dos clases adicionales de sólidos, los «conductores electrónicos de iones mixtos» (MIEC) y un aislante. Los investigadores desarrollaron una nanoarquitectura tridimensional en forma de panal que consiste en tubos hexagonales de MIEC, parcialmente recubiertos con litio puro para formar el ánodo. Se dejó espacio dentro de cada tubo para permitir que el metal se expandiera dentro durante la fase de carga. Esta solución alivia la presión sin cambiar las dimensiones externas del electrodo o el límite entre el electrodo y el electrolito. El otro material, el aislamiento, actúa como un aglutinante mecánico entre las paredes del MIEC y la capa de electrolito sólido.
Li dice que aunque muchos otros sistemas están trabajando en lo que ellos llaman baterías sólidas, la mayoría de estos sistemas en realidad funcionan mejor con un electrolito líquido mezclado con un segundo material electrolítico sólido. «Pero en nuestro caso«, explica, «todo es realmente sólido. No contiene líquidos ni geles de ningún tipo«. El equipo probó la arquitectura de las nueve baterías de estado sólido e informó de que eran capaces de soportar 100 ciclos de carga y descarga sin ningún signo de fractura. El objetivo ahora es crear ánodos que pesen alrededor de un cuarto de la corriente, pero con la misma capacidad de almacenamiento.
Más información: www.nature.com – news.mit.edu
Deja una respuesta