La batería del futuro

El científico John Goodenough puede considerarse que inventó, hace 37 años, la batería de litio recargable. Ahora y en colaboración con María Helena Braga y la incorporación del electrolito sólido es responsable de la reinvención de la batería de litio.

Esta nueva invención puede tener un gran impacto sobre nuestras vidas; puede ser el impulso final para la masificación de los coches eléctricos y energías renovables, entrará a la electrónica de consumo (en nuestros celulares la batería es casi el único componente que no ha tenido el desarrollo del resto de la tecnología), y será un modo de almacenamiento más seguro que las baterías de litio.
El 28 de febrero de 2017 John B. Goodenough y su equipo de la Universidad de Texas publicaron un artículo en la revista Energy and Environmental Science demostrando una batería de estado sólido de bajo coste, no inflamable, con una larga vida en ciclos de carga, alta densidad energética y con altas velocidades de carga y descarga. En lugar de electrolitos líquidos la batería usa electrolitos cristalizados que permiten el uso de un ánodo de metal alcalino que evita la formación de dendritas degeneradoras del ánodo.

Goodenough y su colega portuguesa María Helena Braga y a través de la Universidad de Texas tienen la patente de los electrolitos de estado sólido y continúan su investigación sobre baterías en otras patentes.

En 1980, a sus 57 años, el científico John Goodenough junto a Koichi Mizushima desarrolló la primera batería de litio recargable. Desde ese momento hasta ahora este tipo de baterías han servido para alimentar todo tipo de aparatos electrónicos. Hoy en día, abandonado definitivamente el Ni-Cd, nadie los concibe con otra tecnología.

Las baterías se componen de un ánodo, un cátodo y un electrolito responsable de transportar partículas cargadas con electricidad de un electrodo al otro
Los vehículos eléctricos también han optado por ella y hoy por hoy la práctica totalidad de los fabricantes la utilizan, ya sea con formato de celdas prismáticas o cilíndricas. En ellas el electrolito, responsable de transportar partículas cargadas con electricidad de un electrodo al otro, se encuentra en estado líquido. La sustitución de este electrolito líquido por un electrolito en estado sólido es uno de los campos que ha dado lugar a mayor número de investigaciones.

En 2014 María Helena Braga, físico de la Universidad de Oporto, publicó un documento que resolvía los problemas de conductividad a bajas temperaturas y su inestabilidad gracias al uso de un cristal ‘superiónico’ que permite la utilización de metales alcalinos como ánodo.

El documento interesó a Andrew Murchison, ejecutivo de Pathion, una empresa dedicada al almacenamiento de energía, que estaba trabajando precisamente con John Goodenough en la Universidad de Texas.
El ejecutivo se encargó de poner en contacto a María con John y empezaron a trabajar juntos. El resultado de esta colaboración es un trabajo científico, un paper, publicado por ambos físicos, en el que se presenta una batería capaz de almacenar tres veces más energía que una pila convencional de ion litio y permitir la carga ultrarrápida.

El medio alcalino evita la formación de las dendritas responsables del calentamiento de las baterías
En las baterías de litio que conocemos en el electrolito situado entre los electrodos se forman unas microfibras llamadas dendritas, a través de las cuales puede circular la carga eléctrica produciendo un cortocircuito, recalentando las baterías y pudiendo llegar a incendiarlas.

Cuando el electrolito es un metal alcalino estas dendritas no se forman lo que evita el problema del incendio. Lo que no sabemos es como se mueven los iones de litio por un electrolito sólido para llegar de un electrodo al otro.

Según sus inventores esta característica permite acelerar la carga sin riesgos aunque precisamente lo único bueno que tiene la carga rápida en las baterías actuales es que rompe esas dendritas. Además de la mayor densidad energética, entre un 20 y un 30 por ciento, otra ventaja que se describen con este tipo de electrolito es la mayor durabilidad. Se ha demostrado que pueden alcanzar hasta 1.200 ciclos de carga. Además son capaces de funcionar entre un mayor rango de temperaturas, desde -20ºC hasta 60ºC, lo que en un vehículo eléctrico supondría la estabilización de la eficiencia en casi cualquier lugar del mundo por el que circule.

De esta forma 37 años después y con 94 años, el inventor de la primera batería de litio recargable puede convertirse en el inventor de su sustituta.

 

Fuente: news.utexas.edu, movilidadelectrica.com

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