Un grupo de ingenieros e investigadores de la Universidad del Noroeste (Nortwestern University, Illinois), en los Estados Unidos, han desarrollado un nuevo tipo de baterías de iones de litio y silicio-grafeno, capaces de conseguir una capacidad diez veces mayor que las actuales y recargar diez veces más rápido, además de conseguir alargar su vida útil.
En una batería tenemos, de manera muy resumida, tres elementos, el ánodo, el electrólito y el cátodo. Cuando una batería se está descargando los iones de litio se trasladan desde el ánodo, a través del eletrólito, hasta el cátodo. Cuando la batería se recarga el movimiento se produce a la inversa.
La capacidad de carga, que depende de la densidad energética, tiene que ver con la cantidad de átomos de litio que pueden ser almacenados en el ánodo (o en el cátodo). La velocidad de la recarga tiene que ver con la velocidad a la que los iones de litio vuelven del cátodo al ánodo, viajando a través del electrólito.
En las actuales baterías de iones de litio el ánodo suele estar formado por láminas capa tras capa de grafeno (basado en el carbono). Pueden almacenar un átomo de litio por cada seis átomos de carbono. Si el ánodo se forma con láminas de silicio, se pueden almacenar cuatro átomos de litio por cada átomo de silicio.
El silicio, sin embargo, presenta un inconveniente, se expande y se contrae mucho durante el proceso de recarga, causando su fragmentación con el tiempo y pérdida de capacidad de carga. Lás láminas de grafeno son muy delgadas, de un sólo átomo de carbono de espesor, y proporcionalmente son muy largas, por lo que los iones de litio tienen que emplear mucho tiempo viajando hasta una posición libre, por eso la velocidad de recarga es lenta.
Los investigadores de esta universidad han encontrado la solución para estos dos inconvenientes. Para evitar la expansión y contracción han optado por combinar los grupos de silicio entre las láminas de grafeno, a modo de sándwich. Se consigue más densidad energética que solo con grafeno, y estas absorben la dilatación del silicio sin que se fragmente.
Para conseguir que los iones de litio lleguen más rápido a una posición libre, han recurrido a un proceso de oxidación química que crea agujeros minúsculos de 10 a 20 nanómetros, que sirven de atajo para que se cuelen los átomos de litio, aumentando la velocidad de recarga. El resultado final es el que os he contado al comienzo del artículo: se consigue una densidad energética diez veces mayor y recargar la batería diez veces más rápido.
Estas nuevas baterías podrían comercializarse en los próximos tres a cinco años, y no solo para baterías de dispositivos electrónicos, sino también para vehículos eléctricos. Estas mejoras se han conseguido solo trabajando en el ánodo, pero no descartan trabajar en el futuro sobre el cátodo o sobre el electrólito, con resultados que puedan mejorar aún más sus prestaciones.
Imaginad las ventajas de un coche eléctrico con estas baterías: con el mismo tamaño y peso de baterías podríamos tener 1.500 km de autonomía (en lugar de 150 km), o bien con baterías mucho más pequeñas y ligeras, podríamos tener esos 150 km de autonomía y recarga en 48 minutos (en lugar de 8 horas). Solo falta saber el precio.
Vía | Physorg
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