Material de ánodo para baterías seguras con un largo ciclo de vida

Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) y de la Universidad de Jilin en Changchun/China investigaron un material anódico muy prometedor para las futuras baterías de alto rendimiento: el titanato de litio y lantano con una estructura cristalina de perovskita (LLTO). Como informó el equipo en la revista Nature Communications, el LLTO puede mejorar la densidad de energía, la densidad de potencia, la tasa de carga, la seguridad y la vida útil de las baterías sin necesidad de disminuir el tamaño de las partículas de micro a nano escala.

La demanda de vehículos eléctricos va en aumento, acompañada de una creciente necesidad de redes inteligentes que aseguren un suministro de energía sostenible. Estas y otras tecnologías móviles y estacionarias requieren baterías adecuadas. En cuanto a almacenar la mayor cantidad de energía posible en el espacio más pequeño y con el menor peso posible, las baterías de iones de litio (LIB) siguen siendo las que mejor cumplen este requisito. La investigación tiene como objetivo mejorar la densidad de energía, la densidad de potencia, la seguridad y la vida útil de estas baterías. El material de los electrodos es de gran importancia aquí. Los ánodos de las baterías de iones de litio consisten en un colector de corriente y un material activo aplicado al mismo que almacena energía en forma de enlaces químicos. En la mayoría de los casos, se utiliza grafito como material activo. Sin embargo, los electrodos negativos de grafito tienen una baja tasa de carga. Además, están asociados a cuestiones de seguridad. Entre los materiales activos alternativos, el óxido de titanato de litio (LTO) ya se ha comercializado. Los electrodos negativos con LTO presentan una mayor tasa de carga y se consideran más seguros que los de grafito. El inconveniente es que las baterías de iones de litio con óxido de titanato de litio tienden a tener una densidad de energía menor.

Además de la densidad de energía, la densidad de potencia, la seguridad y la duración del ciclo, la tasa de carga es otro factor determinante para la idoneidad de una batería para aplicaciones exigentes. En principio, la máxima corriente de descarga y el mínimo tiempo de carga dependen del transporte de iones y electrones tanto en el interior del cuerpo sólido como en las interfaces entre el electrodo y los materiales del electrolito. Para mejorar la tasa de carga, es una práctica común reducir el tamaño de las partículas del material del electrodo de la escala micro a la escala nano. El estudio, que fue publicado en la revista Nature Communications por los investigadores del KIT y sus colaboradores, muestra que incluso las partículas de unos pocos micrómetros de tamaño en los LLTO con una estructura perovskita presentan una mayor densidad de potencia y una mejor tasa de carga que las nanopartículas de los LTO. El equipo de investigación atribuye esto a la llamada pseudocapacidad del LLTO: no solo los electrones individuales están unidos a este material anódico, sino también los iones cargados, que están unidos por fuerzas débiles y pueden transferir cargas al ánodo de forma reversible. «Gracias a las partículas más grandes, el LLTO permite básicamente procesos de fabricación de electrodos más simples y más rentables», explica Ehrenberg. (Fuente: NCYT