Material para lograr baterías de coche eléctrico más baratas, duraderas y seguras
Para que los vehículos eléctricos pasen a ser los más populares en el mercado de la automoción, necesitan baterías más baratas, seguras y duraderas, que no exploten durante su uso ni dañen el medioambiente. Unos científicos pueden haber encontrado ahora una alternativa prometedora a las baterías convencionales de iones de litio.
Los elastómeros, o cauchos sintéticos, se utilizan ampliamente en productos cotidianos. Y también en tecnologías avanzadas como la electrónica ponible y la robótica blanda, debido a sus buenas propiedades mecánicas.
El equipo internacional de Seung Woo Lee, del Instituto Tecnológico de Georgia (Georgia Tech) en Estados Unidos, ha descubierto que un material de este tipo, concretamente un polímero orgánico basado en el caucho y superior en prestaciones a otros materiales comparables, es capaz de actuar como una autopista de alta velocidad para el transporte rápido de iones de litio. A tal fin, solo se requiere acondicionarlo para que conforme una estructura 3D con las características adecuadas. El resultado es una batería con mejores prestaciones.
En las baterías de iones de litio convencionales, los iones se mueven por medio de un electrolito líquido. Sin embargo, la batería es intrínsecamente inestable: hasta el más mínimo daño puede perjudicar a la batería, llevando incluso, en algunos casos, a que esta arda o explote.
Los problemas de seguridad han obligado a la industria a recurrir a las baterías de estado sólido, que pueden fabricarse con material cerámico inorgánico o con polímeros orgánicos.
Sin embargo, las baterías inorgánicas de estado sólido son difíciles de fabricar, caras y no son respetuosas con el medioambiente.
Los electrolitos poliméricos sólidos tienen un bajo coste de fabricación, no son tóxicos y son blandos. Sin embargo, los electrolitos poliméricos convencionales no tienen suficiente conductividad iónica ni estabilidad mecánica para un funcionamiento fiable de las baterías de estado sólido.
Los ingenieros del Georgia Tech han resuelto los problemas habituales de esas baterías (transporte lento de iones de litio y malas propiedades mecánicas) con el nuevo electrolito basado en el caucho. El avance clave fue que el material formara una fase cristalina plástica interconectada en tres dimensiones (3D) dentro de la robusta matriz basada en el caucho. Esta estructura única ha dado como resultado una alta conductividad iónica, propiedades mecánicas superiores y una buena estabilidad electroquímica.
Este nuevo electrolito basado en el caucho puede fabricarse mediante un sencillo proceso de polimerización en condiciones de baja temperatura. Estas características únicas de los electrolitos basados en el caucho evitan el crecimiento de las estructuras indeseadas de litio conocidas como dendritas y permiten que los iones se muevan más rápido, lo que posibilita a su vez un funcionamiento fiable y más eficiente de las baterías de estado sólido de esta clase, incluso a temperatura ambiente.
«Una mayor conductividad iónica significa que se pueden mover más iones al mismo tiempo», explica Michael Lee, del equipo de investigación y desarrollo. «Al aumentar la energía específica y la densidad de energía en estas baterías, se puede aumentar el kilometraje del vehículo eléctrico».
Seung Woo Lee y sus colegas exponen los detalles técnicos de su innovación en la revista académica Nature, bajo el título “Elastomeric electrolytes for high-energy solid-state lithium batteries”. (Fuente: NCYT de Amazings)
