Las próximas generaciones de baterías podrían eliminar una limitación de los coches eléctricos, gracias a un ingenioso truco químico que resuelve un problema persistente. Los investigadores han desarrollado una solución que permite recargar rápidamente una batería para recorrer largas distancias.
Las baterías de litio-metal se diferencian de los modelos clásicos de iones de litio por el uso de litio puro en lugar de grafito. Esta diferencia confiere una mayor densidad energética, lo que significa más autonomía para un peso similar. Sin embargo, hasta ahora estas baterías estaban lastradas por la formación de dendritas, estructuras cristalinas que crecen durante la carga y degradan el rendimiento.
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La clave de este avance reside en un nuevo electrolito líquido, diseñado para impedir el crecimiento de las dendritas. Al modificar la cohesión en la superficie del litio, los iones se depositan de manera uniforme, evitando los puntos débiles donde suelen aparecer las dendritas. Esta innovación ha sido probada en laboratorio con resultados prometedores, permitiendo cargas ultrarrápidas y una mayor longevidad.
En las pruebas, una batería pudo pasar del 5 % al 70 % de carga en solo 12 minutos, lo que representa 800 km y más de 350 ciclos. Una versión más capacitiva alcanzó el 80 % en 17 minutos, demostrando la robustez de la tecnología. Estos rendimientos podrían transformar los viajes en eléctrico, con recargas comparables a un repostaje de gasolina tradicional.
Esta investigación, publicada en
Nature Energy, marca un paso importante hacia la comercialización de las baterías de litio-metal. Fue llevada a cabo por un equipo del Instituto Superior de Ciencia y Tecnología de Corea. El profesor Hee Tak Kim indica que esto abre el camino a una adopción masiva para los vehículos eléctricos.
Las dendritas en las baterías
Las dendritas son excrecencias cristalinas que se forman en los electrodos de las baterías durante los ciclos de carga y descarga. Se asemejan a pequeñas ramas que pueden perforar los separadores internos, provocando cortocircuitos y reduciendo la vida útil de la batería.
Su formación se ve favorecida por depósitos irregulares de iones de litio, especialmente durante cargas rápidas. En las baterías de litio-metal, este fenómeno es particularmente problemático porque el ánodo de litio puro es más sensible a estas variaciones.
Para contrarrestarlo, los científicos estudian diversos enfoques, como añadir aditivos en el electrolito o modificar los materiales de los electrodos. El nuevo método presentado aquí utiliza un electrolito especial que homogeneiza el depósito de iones, impidiendo los puntos de concentración donde comienzan las dendritas.
La densidad energética de las baterías
La densidad energética mide la cantidad de energía que una batería puede almacenar por unidad de peso o volumen. Se expresa en vatios-hora por kilogramo (Wh/kg) o por litro (Wh/L), y es un parámetro clave para evaluar la autonomía de los dispositivos electrónicos o los vehículos.
Las baterías estándar de iones de litio tienen una densidad energética de aproximadamente 150-250 Wh/kg, mientras que los modelos de litio-metal pueden alcanzar 300-500 Wh/kg. Esta mejora permite reducir el peso y el tamaño de las baterías para una misma capacidad, o aumentar su capacidad para un formato similar.
Aumentar la densidad energética implica a menudo utilizar materiales de electrodo más eficaces, como el litio metálico en lugar del grafito. Sin embargo, esto introduce desafíos de estabilidad y seguridad, que deben resolverse mediante innovaciones en química e ingeniería.
Los avances en este campo podrían llevar a baterías que duren más entre cargas, haciendo que tecnologías como los coches eléctricos sean más atractivas para el gran público.
Fuente: Nature Energy