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Dos avances apuntan hacia una batería de coche eléctrico más barata
Para que las carreteras comiencen a llenarse de automóviles eléctricos, las baterías deberán ser mucho más baratas, hasta un 80 por ciento más baratas según algunas estimaciones (consulte Cómo las baterías mejoradas harán que los vehículos eléctricos sean competitivos). Dos avances recientes que hacen que un tipo experimental de batería sea mucho más práctico podrían conducir a tales ahorros de costos.
Mejor batería: Esta imagen de microscopía electrónica de barrido muestra partículas de sulfuro de litio utilizadas por investigadores de la Universidad de Stanford para fabricar una batería de sulfuro de litio mejorada.
Los investigadores han estado trabajando durante años en un tipo de batería que usa metal de litio en un electrodo y azufre en el otro. En teoría, este tipo de batería podría almacenar de tres a cinco veces más energía que una batería de iones de litio convencional (consulte Revisión de las baterías de litio y azufre). Pero el metal de litio es altamente reactivo cuando se expone al agua y puede formar estructuras similares a raíces dentro de las baterías con el tiempo; estas estructuras pueden unir electrodos positivos y negativos, provocando cortocircuitos e incluso incendios. Muchos investigadores han comenzado a prestar atención a una batería similar que no requiere metal de litio.
En el nuevo tipo de batería, el electrodo de azufre se reemplaza con un material de sulfuro de litio, un compuesto que contiene tanto litio como azufre. Esto se convierte en la fuente del litio, por lo que el metal de litio ya no es necesario y puede reemplazarse con grafito, un material que se usa en las baterías de iones de litio en la actualidad, o con un material como el silicio.
El problema es que el sulfuro de litio es eléctricamente aislante, lo que ralentiza la carga y reduce la cantidad de energía que puede entregar la batería. Pero dos artículos recientes, uno de Stanford y el otro del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, ofrecen formas de hacer que las baterías de sulfuro de litio sean más prácticas.
Estos artículos de investigación demuestran métodos de bajo costo para fabricar baterías de sulfuro de litio con alta capacidad de almacenamiento de energía. El trabajo podría conducir a baterías comerciales que almacenan más de tres veces más energía que las baterías de iones de litio que se utilizan actualmente en los vehículos eléctricos, dice. Yuegang Zhang , científico del personal del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
A principios de este año, Yi Cui, profesor de ciencia de los materiales en Stanford, mostró una forma de superar las limitaciones inherentes de las baterías de sulfuro de litio al cargar la batería a un voltaje más alto de lo habitual para su primera carga. Esto cambia la química del electrodo, evitando el problema de conductividad.
Incluso entonces, el sulfuro de litio tuvo que mezclarse con carbono para mejorar su conductividad, y el carbono disminuye la cantidad de energía que el electrodo puede almacenar: en los experimentos, fue suficiente para reducir la capacidad de la batería a niveles cercanos a las baterías convencionales de iones de litio. .
Zhang demostró una nueva forma de mezclar el carbono con el sulfuro de litio que reduce en gran medida la cantidad de carbono necesaria en el cátodo. El porcentaje del electrodo que está compuesto de sulfuro de litio aumenta de menos del 50 por ciento al 67,5 por ciento. Esta mejora, en parte porque se amplifica con las mejoras que permite en otras partes de la batería, podría casi duplicar la capacidad total de almacenamiento de la batería, de 350 a 610 vatios-hora por kilogramo, estima Zhang. (Las baterías de iones de litio de los vehículos eléctricos ahora suelen almacenar menos de 200 vatios-hora por kilogramo).
Sigue habiendo obstáculos para comercializar la tecnología, incluida la necesidad de mejorar el número de veces que se pueden recargar las baterías y la velocidad con la que se pueden cargar. Los números de almacenamiento de energía también deben tomarse con un grano de sal: son estimaciones derivadas de experimentos a escala de laboratorio, no de mediciones de baterías grandes a escala comercial.
Y las baterías de litio-azufre que usan metal de litio pueden resultar ser la tecnología elegida. Investigadores y empresas como Sion Power y Polyplus están progresando en la mejora del número de veces que se pueden recargar y están utilizando cerámica u otros materiales para abordar problemas de seguridad (consulte Más allá del ion de litio: ARPA-E apuesta por el almacenamiento de energía novedosa) .