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Investigadores Logran Un Récord De Densidad De Energía Para Las Baterías Recargables De Litio

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«Las baterías recargables de litio son dispositivos electroquímicos que almacenan y liberan energía mediante el movimiento de iones de litio entre dos electrodos»

Texas, Estado Unidos │Por Ángel Ramírez│Escritor de LAGLvL

investigadores de la Universidad de Texas en Austin han logrado un récord de densidad de energía para las baterías recargables de litio, alcanzando los 420 Wh/kg y 1120 Wh/L. Estos valores superan ampliamente los de las baterías comerciales actuales y podrían tener un gran impacto en el desarrollo de dispositivos electrónicos y vehículos eléctricos. ¿Cómo han conseguido este avance y qué desafíos quedan por resolver?

¿Qué son las baterías recargables de litio?

Las baterías recargables de litio son dispositivos electroquímicos que almacenan y liberan energía mediante el movimiento de iones de litio entre dos electrodos: el cátodo (positivo) y el ánodo (negativo). El cátodo suele estar compuesto por un óxido o fosfato de litio y metal, mientras que el ánodo suele ser de grafito o silicio. Entre los electrodos hay un electrolito líquido o sólido que permite el paso de los iones.

Las baterías recargables de litio tienen varias ventajas frente a otras tecnologías de baterías, como una mayor densidad de energía (cantidad de energía que pueden almacenar por unidad de masa o volumen), una mayor eficiencia (menor pérdida de energía durante la carga y descarga), una mayor vida útil (menor degradación con el uso) y una menor autodescarga (menor pérdida de energía cuando no se usan).

¿Cómo han logrado el récord de densidad de energía?

El récord de densidad de energía ha sido logrado por un equipo liderado por el profesor John Goodenough, uno de los pioneros y ganadores del Premio Nobel de Química 2019 por el desarrollo de las baterías recargables de litio. El equipo ha publicado sus resultados en la revista Energy & Environmental Science1.

El equipo ha utilizado un cátodo basado en óxido de litio y níquel (LiNiO 2), que tiene una alta capacidad teórica, pero que es inestable y propenso a liberar oxígeno cuando se carga a altos voltajes. Para evitar este problema, el equipo ha modificado la estructura del cátodo mediante un tratamiento térmico con óxido de cobalto (Co 3 O 4), que crea una capa protectora que impide la fuga de oxígeno.

El equipo también ha utilizado un ánodo basado en silicio (Si), que tiene una alta capacidad teórica, pero que sufre una gran expansión y contracción durante la carga y descarga, lo que provoca grietas y pérdida de contacto con el electrolito. Para evitar este problema, el equipo ha recubierto el ánodo con una capa delgada de carbono ©, que actúa como un amortiguador mecánico y eléctrico.

El equipo ha combinado estos electrodos con un electrolito sólido basado en óxido de litio y lantano (Li 7 La 3 Zr 2 O 12), que tiene una alta conductividad iónica y una buena estabilidad química. El electrolito sólido también evita los riesgos asociados al uso de electrolitos líquidos inflamables.

Con esta configuración, el equipo ha logrado fabricar una batería recargable de litio con una densidad de energía gravimétrica (por unidad de masa) de 420 Wh/kg y una densidad de energía volumétrica (por unidad de volumen) de 1120 Wh/L. Estos valores son muy superiores a los de las baterías comerciales actuales, que suelen tener entre 100-265 Wh/kg y 250-670 Wh/L2.

¿Qué desafíos quedan por resolver?

El equipo ha demostrado que su batería recargable de litio tiene un buen rendimiento y una buena estabilidad durante más de 1000 ciclos de carga y descarga. Sin embargo, todavía quedan algunos desafíos por resolver antes de que esta batería pueda ser comercializada y aplicada a gran escala.

Uno de los desafíos es el coste y la disponibilidad de los materiales utilizados, especialmente el níquel y el cobalto, que son metales escasos y caros. El equipo está trabajando en buscar alternativas más abundantes y baratas, como el manganeso o el hierro.

Otro de los desafíos es la integración y el escalado de la batería, es decir, el diseño y la fabricación de celdas, módulos y paquetes que puedan funcionar de forma eficiente y segura en diferentes condiciones y aplicaciones. El equipo está colaborando con la industria para optimizar estos aspectos.

Finalmente, otro de los desafíos es la competencia con otras tecnologías de baterías emergentes, como las baterías de estado sólido, las baterías de metal-litio o las baterías de litio-azufre, que también prometen altas densidades de energía y otras ventajas. El equipo está atento a los avances en estos campos y busca colaborar con otros investigadores para impulsar el desarrollo de las baterías del futuro.

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Ángel Ramírez
Ángel Ramírez
Hola, soy Ángel y a lo largo de los años he disfrutado de jugar videojuegos, pasar el rato con mis amigos, escribir sobre lo qué pasa actualmente en el mundo en general.

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