Investigadores de la Universidad Cornell han desarrollado una nueva aplicación del elemento indio para mejorar la eficiencia de las baterías de litio, componente fundamental de los vehículos eléctricos.
El indio es un elemento químico comúnmente utilizado en pantallas táctiles, televisores y paneles solares. En un estudio publicado en
Joule el 26 de enero, dirigido por Shuo Jin y su equipo de Cornell, el indio ha sido identificado como un componente de batería que permite una carga rápida y almacenamiento de energía de larga duración. Utilizando los resultados del estudio, los investigadores de Cornell desarrollaron una batería que se carga en menos de cinco minutos.
Aunque el desarrollo de vehículos eléctricos es esencial para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, su costo a menudo sigue siendo prohibitivo para la mayoría de los consumidores. Sin embargo, la nueva batería representa un avance hacia una mejor accesibilidad de los vehículos eléctricos, según el profesor Lynden Archer, decano de la Facultad de Ingeniería de Cornell. "[Los constructores de vehículos eléctricos] se han centrado en construir baterías más grandes para una mayor autonomía de viaje," dijo Lynden Archer. "[Estas baterías más grandes] cuestan mucho más... la industria termina produciendo productos especializados que solo una parte de la sociedad puede permitirse."
El indio se destaca como un componente de batería único debido a una difusividad en fase sólida inusualmente rápida para el litio. Esta difusividad en fase sólida se refiere a la capacidad de un material -en este caso, los átomos de litio cargados- de moverse a través de los materiales sólidos del electrodo positivo, donde la electricidad circula en la batería. Esta circulación de átomos de litio cargados crea una corriente eléctrica que luego se almacena como energía para su uso posterior. Gracias a un ánodo de indio que permite una difusión más rápida de los iones de litio, la batería se carga en solo unos minutos.
Además, el indio ayuda a distribuir uniformemente los átomos de litio cargados, manteniendo la integridad del electrodo, especialmente a través de ciclos de carga repetidos. Cuanto más estable es el electrodo de una batería, menos a menudo la batería necesita ser reemplazada. "[El equilibrio entre la difusividad rápida y la distribución uniforme] es el secreto para diseñar baterías de carga muy rápida que duran mucho tiempo," añadió Lynden Archer.
Una batería de indio puede cargarse y utilizarse repetidamente en cientos de ciclos mientras mantiene sus capacidades de rendimiento, lo que es importante para la sostenibilidad de una batería de coche. Cuanto más se puede usar una batería antes de ser reparada o reemplazada, más compensa los impactos ambientales de su producción inicial.
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Aunque mejora la eficiencia de carga y la vida útil de la batería, el indio es pesado. Una batería más pesada significa un coche más pesado, lo cual es mucho menos eficiente y generalmente requiere mucho más poder para recorrer las mismas distancias. Para abordar esta preocupación sobre el peso, Lynden Archer y su equipo mezclaron el indio con aluminio, un elemento mucho más ligero pero químicamente similar. Dado que ambos comparten características importantes, mezclar los dos elementos podría resolver el problema del peso sin comprometer las propiedades beneficiosas del indio.
Sin embargo, aún queda un trabajo importante por hacer antes de que las baterías que utilizan indio se integren en los coches. Para cargar completamente una nueva batería de litio e indio en solo cinco minutos, las estaciones tendrían que disponer de una corriente eléctrica aproximadamente cinco a seis veces más alta de lo que es actualmente posible.
El equipo de investigación planea continuar estudiando las capacidades y limitaciones del indio, así como de otros elementos similares. Esperan reducir la necesidad de grandes vehículos eléctricos a batería y hacer los vehículos eléctricos accesibles a un rango más amplio de consumidores. Al descubrir otros materiales que podrían mejorar aún más las baterías de los coches, Lynden Archer espera contribuir a vehículos eléctricos más ligeros, más fáciles de fabricar y menos costosos.
Autor del artículo: Cédric DEPOND
Fuente: Joule