Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia está utilizando papel de aluminio para crear baterías con mayor densidad energética y estabilidad que, algún día, podrían alimentar la próxima generación de vehículos de largo alcance y aviones eléctricos.
En un artículo publicado en la revista Nature Communications, los investigadores explican que el nuevo dispositivo permitiría a los vehículos eléctricos funcionar más tiempo con una sola carga y sería más barato de fabricar, todo ello con un impacto positivo en el medio ambiente.
“Siempre estamos buscando baterías con mayor densidad energética, lo que permitiría a los vehículos eléctricos recorrer distancias más largas con una sola carga”, afirma el investigador principal, Matthew McDowell, en declaraciones a los medios. “Es interesante que podamos utilizar el aluminio como material para las baterías porque es rentable, muy reciclable y fácil de trabajar”.
Según McDowell, la idea de fabricar pilas con aluminio no es nueva. Los investigadores estudiaron su potencial en los años 70, pero no funcionó bien.
Cuando se utiliza en una batería convencional de iones de litio, el aluminio se fractura y falla al cabo de unos pocos ciclos de carga y descarga, debido a la expansión y contracción a medida que el litio entra y sale del material. Los desarrolladores llegaron a la conclusión de que el aluminio no era un material viable para las baterías y abandonaron la idea.
Sin embargo, en las baterías de estado sólido es posible integrar nuevos materiales activos de alto rendimiento, sin los riesgos presentes en los dispositivos de iones de litio. Así, el equipo de investigación empezó a estudiar el aluminio porque sabía que tendría ventajas energéticas, de coste y de fabricación si se utilizaba como material en el ánodo de la batería. Sin embargo, las láminas de aluminio puro fallaban rápidamente cuando se probaban en baterías.
El grupo decidió que, en lugar de utilizar aluminio puro en las láminas, añadían pequeñas cantidades de otros materiales al aluminio para crear láminas con “microestructuras” particulares. Probaron más de 100 materiales distintos para saber cómo se comportarían en las baterías.
“Necesitábamos incorporar un material que resolviera los problemas fundamentales del aluminio como ánodo de batería”, explica Yuhgene Liu, primer autor del artículo. “Nuestro nuevo ánodo de papel de aluminio demostró un rendimiento y una estabilidad notablemente mejorados cuando se implementó en baterías de estado sólido, en comparación con las baterías de iones de litio convencionales”.
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Mejor rendimiento que las de ión-litio
El equipo observó que el ánodo de aluminio podía almacenar más litio que los materiales de ánodo utilizados habitualmente y, por tanto, más energía. Al final, crearon baterías de alta densidad energética que potencialmente podrían superar a las de iones de litio.
“Una de las ventajas de nuestro ánodo de aluminio que nos entusiasma es que permite mejorar el rendimiento, pero también puede ser muy rentable”, afirma McDowell. “Además, al utilizar una lámina directamente como componente de la batería, eliminamos muchos de los pasos de fabricación que normalmente serían necesarios para producir un material de batería”.
McDowell señaló que varias empresas están desarrollando aviones eléctricos de corto alcance, pero el factor limitante son las baterías. Las baterías actuales no tienen energía suficiente para volar distancias superiores a 240 km. Se necesitan nuevas químicas de baterías, y las baterías de ánodo de aluminio de su equipo podrían abrir la puerta a tecnologías de baterías más potentes.
“El éxito inicial de estos ánodos de papel de aluminio abre una nueva vía para descubrir otros posibles materiales para baterías”, afirma Liu. “Es de esperar que esto abra vías para reimaginar una arquitectura de celdas de batería más optimizada energéticamente y rentable”.
En la actualidad, el grupo trabaja para aumentar el tamaño de las baterías y entender cómo influye el tamaño en el comportamiento del aluminio. El grupo también está explorando activamente otros materiales y microestructuras para crear láminas muy baratas para sistemas de baterías.
Noticia tomada de: MINING / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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