Una pizca de grafeno lleva al electrolito de batería sólido «más resistente» del mundo

Actualizado: 17/09/2022

Combinando un material cerámico con grafeno, los ingenieros de la Universidad de Brown han hecho lo que afirman es el electrolito sólido más resistente construido hasta la fecha.

Una batería de estado sólido, en la que el electrolito líquido que lleva la carga se cambia por una alternativa sólida, promete una serie de ventajas de rendimiento con respecto a las soluciones actuales, pero hay algunos problemas que hay que resolver primero. Los científicos de la Universidad de Brown informan de un nuevo diseño que supera algunos de los principales obstáculos, usando una delicada mezcla de cerámica y el maravilloso material grafeno para producir el electrolito sólido más resistente hasta la fecha.

Como la solución que lleva los iones de litio de un lado a otro entre el ánodo y el cátodo mientras la batería está cargada y descargada, los electrolitos líquidos juegan un papel importante en la función de las baterías de iones de litio de hoy en día. Pero estos líquidos altamente volátiles conllevan un riesgo de incendio cuando la batería sufre un cortocircuito, por lo que se puede mejorar la seguridad.

Además, los electrolitos alternativos podrían ofrecer una mayor densidad de energía e incluso permitir que otros componentes de la batería también se mejoren. Por ejemplo, el ánodo está típicamente hecho de cobre y grafito, pero los científicos creen que un electrolito sólido permitiría a la batería funcionar con un ánodo de litio puro, algo que podría romper el «cuello de botella de la densidad de energía», según un estudio recientemente publicado.

Pero integrar un electrolito sólido no es nada sencillo, los esfuerzos hasta ahora están plagados de roturas y corrosión de otras partes de la batería. El uso de materiales cerámicos se ha perfilado como una opción, pero su naturaleza quebradiza también ha resultado problemática. Los investigadores de la Universidad de Brown creen que pueden superar este inconveniente añadiendo un toque de grafeno, el material maravilla fuerte y ligero que también ofrece una alta conductividad eléctrica, un atributo que tuvo que ser manejado cuidadosamente para estos propósitos.

Quieres que el electrolito conduzca iones, no electricidad. El grafeno es un buen conductor eléctrico, así que la gente puede pensar que nos disparamos en el pie al poner un conductor en nuestro electrolito. Pero si mantenemos la concentración lo suficientemente baja, podemos evitar que el grafeno conduzca, y aún así obtenemos el beneficio estructural.

Nitin Padture, autor del estudio.

El equipo encontró este punto dulce combinando una cierta cantidad de diminutas plaquetas de óxido de grafeno con un polvo de cerámica, y luego calentando la mezcla para formar un compuesto de cerámica y grafeno. En las pruebas, el equipo mostró que el material electrolítico ofrecía el doble de resistencia sólo con la cerámica, y que añadir grafeno no interfería con su rendimiento eléctrico.

«Lo que sucede es que cuando se inicia una grieta en un material, las plaquetas de grafeno esencialmente mantienen las superficies rotas juntas para que se requiera más energía para que la grieta aumente«, dice Athanasiou.

Los investigadores dicen que hasta donde saben, este es «el electrolito sólido más resistente que nadie ha hecho hasta la fecha«, y esperan que con más trabajo pueda abrirse camino en los dispositivos para aplicaciones cotidianas. A partir de aquí, los investigadores planean continuar experimentando con el material y probando alternativas al grafeno y diferentes tipos de cerámica para aumentar aún más su rendimiento.

Más información: www.brown.edu