La investigación sobre la próxima generación de baterías implica la experimentación continua con materiales alternativos que podrían permitir un aumento significativo del rendimiento, y un nuevo avance ofrece un ejemplo convincente de cómo podría resultar.
Científicos de la Universidad de Twente (Países Bajos) han producido una célula experimental de iones de litio que presenta un novedoso diseño de electrodos con una estructura cristalina “abierta y regular” que, según dicen, permite cargar a una velocidad 10 veces superior a la de los dispositivos actuales.
Las baterías de iones de litio que alimentan los vehículos eléctricos, los teléfonos inteligentes y un sinfín de dispositivos actuales cuentan con dos electrodos, el cátodo y el ánodo, y este nuevo estudio se centra en este último. En la actualidad, estos ánodos están hechos de grafito, que les sirve para muchas cosas, pero son incapaces de acomodar velocidades de carga ultrarrápidas sin romperse.
Uno de los lugares en los que los científicos están buscando ánodos nuevos y mejorados es en los materiales con estructuras porosas a escala nanométrica. Los ánodos de esta naturaleza prometen una mayor área de contacto con el electrolito líquido que transporta los iones de litio, al tiempo que permiten que los iones se difundan más fácilmente en el material del electrodo sólido, lo que en última instancia hace que el dispositivo se cargue mucho, mucho más rápido.
Sin embargo, los materiales propuestos hasta ahora tienen sus inconvenientes. La naturaleza desorganizada y aleatoria de los canales en la nanoestructura porosa puede hacer que esas estructuras se colapsen durante la carga, reduciendo también la densidad y la capacidad de la batería, y puede hacer que el litio se acumule en la superficie del ánodo y degrade su rendimiento con cada ciclo. Además, la fabricación de estos materiales es complicada, implica la utilización de productos químicos agresivos y produce importantes residuos químicos.
Los científicos de la Universidad de Twente creen haber encontrado una alternativa adecuada en un material llamado niobato de níquel. Frente a la naturaleza irregular de las soluciones anteriores, el niobato de níquel presenta una estructura cristalina “abierta y regular” con canales idénticos y repetitivos para el transporte de iones.
Los investigadores integraron este ánodo de niobato de níquel en una célula de batería completa y probaron su rendimiento, descubriendo que ofrecía velocidades de carga ultrarrápidas 10 veces superiores a las de las baterías de iones de litio actuales. También señalan que el niobato de níquel es más compacto que el grafito y, por tanto, tiene una mayor densidad de energía volumétrica, lo que podría equivaler a versiones comerciales de la célula más ligeras y compactas.
Los científicos también informan de que el nuevo material del ánodo tiene una gran capacidad, de unos 244 mAh g-1, y como el cambio de volumen dentro del niobato de níquel es mínimo durante el funcionamiento, el 81% de su capacidad se conservó a lo largo de 20.000 ciclos. Todo esto ocurre sin dañar el material del ánodo, mientras que el proceso de fabricación del niobato de níquel también se dice que es mucho más sencillo que el de otros materiales nanoestructurados y no requiere una sala estéril para su elaboración.
Según los investigadores, estos resultados demuestran el potencial de almacenamiento de energía de los ánodos de niobato de níquel en dispositivos de batería prácticos. Ven un potencial inmediato en aplicaciones de red para alimentar equipos eléctricos que necesiten una carga rápida, o en el transporte de vehículos eléctricos pesados. Sin embargo, para verlos adaptados para su uso en vehículos eléctricos estándar, dicen que habrá que seguir investigando y resolviendo problemas.
Noticia tomada de: New Atlas / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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