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Este avance de la batería podría hacer que los vehículos eléctricos sean mucho más baratos
son las nanotecnologias
Durante los últimos siete años, una empresa emergente con sede en Alameda, California, ha trabajado silenciosamente en un material de ánodo novedoso que promete aumentar significativamente el rendimiento de las baterías de iones de litio.
Sila Nanotechnologies salió del modo sigiloso el mes pasado, asociándose con BMW para poner los materiales de ánodo a base de silicio de la compañía en al menos algunos de los vehículos eléctricos del fabricante de automóviles alemán para 2023. Un portavoz de BMW dijo el Wall Street Journal la compañía espera que el acuerdo genere un aumento del 10 al 15 por ciento en la cantidad de energía que puede almacenar en una celda de batería de un volumen determinado. El CEO de Sila, Gene Berdichevsky, dice que los materiales podrían eventualmente producir una mejora de hasta un 40 por ciento (ver 35 Innovadores menores de 35: Gene Berdichevsky).
Para los vehículos eléctricos, un aumento en la llamada densidad de energía amplía significativamente el rango de kilometraje posible con una sola carga o reduce el costo de las baterías necesarias para alcanzar los rangos estándar. Para los dispositivos de consumo, podría aliviar la frustración de los teléfonos celulares que no pueden funcionar durante el día, o podría habilitar funciones de próxima generación que consumen mucha energía, como cámaras más grandes o redes 5G ultrarrápidas.
Los investigadores han pasado décadas trabajando para mejorar las capacidades de las baterías de iones de litio, pero esas ganancias generalmente solo llegan en unos pocos puntos porcentuales a la vez. Entonces, ¿cómo dio Sila Nanotechnologies un salto tan grande?
Berdichevsky, quien fue el empleado número siete en Tesla y CTO Gleb Yushin , profesor de ciencia de los materiales en el Instituto de Tecnología de Georgia, proporcionó recientemente una explicación más profunda de la tecnología de las baterías en una entrevista con Revisión de tecnología del MIT .
Los cofundadores de Sila (de izquierda a derecha), Gleb Yushin, Gene Berdichevsky y Alex Jacobs. Sila Nanotecnologías
Un ánodo es el electrodo negativo de la batería, que en este caso almacena iones de litio cuando se carga una batería. Los ingenieros han creído durante mucho tiempo que el silicio tiene un gran potencial como material de ánodo por una razón simple: puede unirse con 25 veces más iones de litio que el grafito, el principal material utilizado en las baterías de iones de litio en la actualidad.
Pero esto viene con una gran trampa. Cuando el silicio acomoda tantos iones de litio, su volumen se expande, estresando el material de una manera que tiende a desmoronarse durante la carga. Esa hinchazón también desencadena reacciones secundarias electroquímicas que reducen el rendimiento de la batería.
En 2010, Yushin fue coautor de un artículo científico papel que identificó un método para producir nanopartículas rígidas basadas en silicio que son lo suficientemente porosas internamente para adaptarse a cambios de volumen significativos. Se asoció con Berdichevsky y otro ex ingeniero de baterías de Tesla, Alex Jacobs, para formar Sila al año siguiente.
La compañía ha estado trabajando para comercializar ese concepto básico desde entonces, desarrollando, produciendo y probando decenas de miles de diferentes variedades de nanopartículas de ánodo cada vez más sofisticadas. Descubrió formas de alterar la estructura interna para evitar que el electrolito de la batería se filtre en las partículas y logró decenas de ganancias incrementales en la densidad de energía que finalmente se sumaron a una mejora de alrededor del 20 por ciento con respecto a la mejor tecnología existente.
En última instancia, Sila creó una partícula esférica robusta del tamaño de un micrómetro con un núcleo poroso, que dirige gran parte de la hinchazón dentro de la estructura interna. El exterior de la partícula no cambia de forma o tamaño durante la carga, lo que garantiza un rendimiento y una vida útil normales.
Los polvos de ánodo compuestos resultantes funcionan como material de sustitución para los fabricantes existentes de celdas de iones de litio.
Con cualquier tecnología de batería nueva, se necesitan al menos cinco años para trabajar en los procesos de garantía de calidad y seguridad de la industria automotriz, de ahí la línea de tiempo de 2023 con BMW. Pero Sila está en un camino más rápido con la electrónica de consumo, donde espera ver productos que lleven sus materiales de batería en los estantes a principios del próximo año.
Venkat Viswanathan, ingeniero mecánico de Carnegie Mellon, dice que Sila está progresando mucho. Pero advierte que las ganancias en una métrica de batería a menudo se obtienen a expensas de otras, como la seguridad, el tiempo de carga o la vida útil del ciclo, y que lo que funciona en el laboratorio no siempre se traduce perfectamente en productos finales.
Empresas como Enovix y Enevate también están desarrollando materiales de ánodo con predominio de silicio. Mientras tanto, otras empresas están siguiendo rutas completamente diferentes hacia el almacenamiento de mayor capacidad, en particular, incluidas las baterías de estado sólido. Estos utilizan materiales como vidrio, cerámica o polímeros para reemplazar los electrolitos líquidos, que ayudan a transportar iones de litio entre el cátodo y el ánodo.
BMW también ha asociado con Solid Power, una empresa derivada de la Universidad de Colorado Boulder, que afirma que su tecnología de estado sólido basada en ánodos de metal de litio puede almacenar de dos a tres veces más energía que las baterías de iones de litio tradicionales. Mientras tanto, Ionic Materials, que recientemente elevado $ 65 millones de Dyson y otros, ha desarrollado un electrolito de polímero sólido que, según afirma, permitirá baterías más seguras y económicas que pueden funcionar a temperatura ambiente y también funcionarán con metal de litio.
Algunos expertos en baterías creen que, en última instancia, la tecnología de estado sólido promete mayores ganancias en la densidad de energía, si los investigadores pueden superar algunos de los grandes obstáculos técnicos restantes.
Pero Berdichevsky enfatiza que los materiales de Sila están listos para los productos ahora y, a diferencia de las baterías de metal de litio de estado sólido, no requieren actualizaciones costosas de equipos por parte de los fabricantes de baterías.
A medida que la compañía desarrolla formas adicionales de limitar el cambio de volumen en las partículas a base de silicio, Berdichevsky y Yushin creen que podrán extender aún más la densidad de energía, al mismo tiempo que mejoran los tiempos de carga y la vida útil del ciclo total.
Esta historia se actualizó para aclarar que Samsung no invirtió en la ronda de financiación más reciente de Ionic Material.