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IBM invierte en investigación de baterías
IBM Research está comenzando un ambicioso proyecto que espera que conduzca a la comercialización de baterías que almacenan 10 veces más energía que las actuales en los próximos cinco años. La compañía se asociará con laboratorios nacionales de EE. UU. Para desarrollar una tecnología prometedora pero controvertida que utiliza metal de litio denso en energía pero altamente inflamable para reaccionar con el oxígeno en el aire. La recompensa, dice la compañía, será una batería ligera, potente y recargable para la red eléctrica y la electrificación del transporte.
Poder impermeable: Esta carcasa protectora envuelve un electrodo de batería de metal de litio en funcionamiento, excluyendo el agua pero dejando pasar los iones de litio. Es parte de un prototipo de batería fabricado por PolyPlus Battery de Berkeley, CA.
Las baterías de litio-metal-aire pueden almacenar una enorme cantidad de energía, en teoría, más de 5.000 vatios-hora por kilogramo. Eso es más de diez veces más que las baterías de iones de litio de alto rendimiento de hoy en día, y más que otra clase de dispositivos de almacenamiento de energía: las pilas de combustible. En lugar de contener un segundo reactivo dentro de la celda, estas baterías reaccionan con el oxígeno del aire que se introduce según sea necesario, lo que las hace livianas y compactas.
IBM está buscando la tecnología arriesgada en lugar de las baterías de iones de litio porque tiene el potencial de alcanzar densidades de energía lo suficientemente altas como para cambiar el sistema de transporte, dice Chandrasekhar Narayan , gerente de ciencia y tecnología en el Centro de Investigación Almaden de IBM, en San José, CA. Con todos los desarrollos previsibles, las baterías de iones de litio solo serán dos veces mejores de lo que son hoy, dice. Para realmente tener un impacto en el transporte y en la red, necesita una densidad de energía más alta que esa. Uno de los objetivos del proyecto, dice Narayan, es una batería ligera de 500 millas para un automóvil familiar. El Chevy Volt puede recorrer 40 millas antes de usar el tanque de gasolina, y Modelo S de Tesla Motors La línea puede viajar hasta 300 millas sin recarga.
Uno de los principales desafíos en la fabricación de baterías de metal y aire de litio es que el aire no es solo oxígeno, dice Jeff Dahn , profesor de ciencia de los materiales en la Universidad de Dalhousie, en Nueva Escocia. Donde hay aire hay humedad, y la humedad es la muerte del litio, dice Dahn. Cuando el metal de litio se encuentra con el agua, se produce una reacción explosiva. Estas baterías requerirán membranas protectoras que excluyen el agua pero dejan entrar oxígeno y son estables con el tiempo.
IBM no cuenta actualmente con programas de investigación de baterías. Sin embargo, Narayan dice que IBM tiene la experiencia necesaria para abordar los problemas científicos. Además de Oak Ridge, IBM se asociará con los laboratorios nacionales Lawrence Berkeley, Lawrence Livermore, Argonne y Pacific Northwest. La compañía y sus colaboradores están trabajando actualmente en una propuesta de financiamiento del Departamento de Energía de los Estados Unidos bajo la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía.
La investigación sobre baterías de metal de litio se estancó hace unos 20 años. En 1989, la empresa canadiense Moli Energy retiró del mercado sus baterías recargables de metal de litio, que no utilizaban aire sino un cátodo más tradicional, después de que una se incendiara; el incidente dio lugar a acciones legales y la empresa se declaró en quiebra. Poco después, Sony lanzó al mercado las primeras baterías recargables de iones de litio, que eran más seguras, y la investigación sobre electrodos de metal de litio se ralentizó casi hasta detenerse. (Después de la reestructuración, Moli Energy reorientó sus esfuerzos de investigación y ahora vende baterías de iones de litio con el nombre de Molicel .) Solo unos pocos laboratorios de todo el mundo, incluidos los de Batería PolyPlus , en Berkeley, CA, Japón AIST , y Universidad de St. Andrews , en Escocia, están trabajando actualmente en baterías de litio-aire.
Pueden surgir problemas de seguridad con las baterías de metal de litio cuando se recargan. Cuando carga y descarga, tiene que galvanizar y pelar el metal una y otra vez, dice Dahn, que no colabora con el proyecto de IBM. Con el tiempo, al igual que en una batería de iones de litio, la superficie de metal de litio se vuelve áspera, lo que puede provocar una fuga térmica, cuando la batería se quema literalmente hasta que se agotan todos los reactivos del interior. Pero Narayan dice que las baterías de litio-aire son intrínsecamente más seguras que las baterías de litio-metal desarrolladas anteriormente, así como las baterías de iones de litio de hoy, porque solo uno de los reactivos está contenido en la celda. Una celda de litio y aire necesita aire del exterior, dice Narayan. Nunca tendrá una reacción descontrolada porque el aire es limitado.
PolyPlus Battery ha estado trabajando en la tecnología de aire y metal de litio durante aproximadamente seis años y tiene una evidencia dramática de la viabilidad de la tecnología: flotando entre peces payaso en un tanque de acuario en la sede de la compañía, una batería de metal de litio extrae oxígeno del agua salada para encienda un LED verde. La compañía también ha desarrollado un prototipo de batería que extrae oxígeno del aire ambiente. Pero Steven Visco, fundador y vicepresidente de investigación de la empresa, dice que las baterías de aire y metal de litio son todavía una tecnología joven que no está lista para comercializarse.
Narayan de IBM apunta a dos problemas importantes restantes con la tecnología de metal-aire de litio. En primer lugar, es necesario optimizar el diseño del cátodo para que el óxido de litio que se forma cuando se introduce oxígeno en la batería no bloquee los canales de entrada de oxígeno. En segundo lugar, se necesitan mejores catalizadores para impulsar la reacción inversa que recarga la batería.
Narayan dice que no estará claro cuánto dinero y cuánto tiempo llevará el proyecto hasta aproximadamente un año y medio a partir de ahora, después de que haya comenzado la investigación. Estima que la empresa dedicará unos cinco años al proyecto. IBM probablemente no fabricará las baterías, pero otorgará licencias de la tecnología a los fabricantes.