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Mejores baterías de iones de litio
Se está trabajando en una nueva encarnación de las baterías de iones de litio basadas en polímeros sólidos. Startup con sede en Berkeley, CA Seeo, Inc . dice que sus celdas de iones de litio serán más seguras, más duraderas, más livianas y más baratas que las baterías actuales. Las baterías de Seeo usan películas delgadas de polímero como electrolito y electrodos livianos de alta densidad de energía. El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley está fabricando y probando células diseñadas por la escisión de la Universidad de California en Berkeley.
Resistente y compacto: Las celdas de iones de litio que utilizan electrolitos poliméricos se pueden empaquetar de manera asequible en bolsas compactas y flexibles (que se muestran arriba), en lugar de los contenedores de metal soldados con láser que se usan en las celdas actuales.
Las baterías de iones de litio se utilizan en teléfonos celulares y computadoras portátiles porque son más pequeñas y livianas que otros tipos de baterías. También son prometedores para vehículos eléctricos e híbridos. Sin embargo, los materiales y las químicas convencionales han impedido que se utilicen ampliamente en los automóviles.
Las baterías de iones de litio actuales usan electrodos de óxido de cobalto y litio y un electrolito líquido, típicamente sales de litio disueltas en un solvente orgánico. El material del electrodo puede liberar oxígeno cuando se sobrecarga o perfora, provocando que el disolvente inflamable se incendie y la batería explote. Además, los electrodos cargados son muy reactivos con el electrolito líquido, lo que reduce la potencia y la [vida útil], dice Khalil Amine , gerente del grupo de tecnología avanzada de baterías en el Laboratorio Nacional de Argonne.
El avance clave de Seeo es un electrolito de polímero sólido. No es inflamable y, por lo tanto, es intrínsecamente más seguro. Además, la batería conservará una mayor capacidad con el tiempo porque el polímero no reacciona con el electrodo cargado. Los datos de toda la vida sugieren que los sistemas de iones de litio convencionales pierden alrededor del 40 por ciento de su capacidad en 500 ciclos, dice Mohit Singh, cofundador de Seeo. Obtenemos un ciclo de vida mucho mejor. Podemos pasar por 1000 ciclos con menos del 5 por ciento de pérdida de capacidad.
Para el electrodo negativo, o ánodo, el electrolito también funciona con películas de metal de litio, que son más ligeras que los materiales de ánodo actuales. Eso significa que la batería puede proporcionar más energía por el mismo peso. Basado en la celda única de la batería, Seeo ha calculado que tendría una densidad de energía de hasta 300 vatios-hora por kilogramo, que es un 50 por ciento mayor que las baterías de iones de litio que se encuentran actualmente en el mercado.
Las baterías con electrolitos sólidos tienen la ventaja adicional de ser más baratas de fabricar, dice Amine. Mientras que los electrolitos líquidos deben sellarse herméticamente dentro de un recipiente de metal soldado con láser, los electrolitos de plástico se pueden empaquetar dentro de bolsas termoselladas.
Las ventajas de los materiales poliméricos han justificado la investigación sobre electrolitos poliméricos durante más de tres décadas. De hecho, las baterías de polímero de litio ya se encuentran en los coches controlados por radio y en los reproductores de MP3. Pero utilizan un gel de polímero que contiene disolventes, por lo que, al igual que los electrolitos líquidos, conllevan riesgos de incendio o explosión y no tienen una vida muy larga.
Ha sido difícil fabricar polímeros sólidos que sean tan conductores como los electrolitos líquidos. En una batería en carga, el electrolito conduce iones de litio desde el electrodo positivo, o cátodo, al ánodo. Cuanto mayor sea la conductividad del electrolito, más rápido se cargará la batería. St. Paul, Minnesota 3M y proveedor de electricidad con sede en Montreal, Canadá Hydro-Quebec han pasado más de 10 años con baterías de litio de polímero sólido. Pero hay que operar el polímero a 60 grados Celsius para mejorar la conductividad, dice Amine. Esto no es muy práctico.
El problema es que la conductividad y la resistencia mecánica de un polímero no van de la mano. Si las personas intentaran fabricar polímeros con alta conductividad iónica, terminarían con una sustancia pegajosa, dice Singh.
Seeo ha solucionado el problema fabricando películas con copolímeros de bloque: materiales que contienen dos cadenas de polímero enlazadas que se autoensamblan en nanoestructuras. Uno de los polímeros forma una serie de cilindros conductores que están incrustados dentro del otro polímero, que sirve como una matriz dura. Singh dice que la película de electrolitos es robusta y casi tan conductora como los electrolitos líquidos.
La tecnología de Seeo se ha vuelto muy atractiva debido a su reclamo de un polímero de alta conductividad, dice Amine. Sin embargo, el ánodo de litio podría ser un obstáculo. El litio tiende a endurecerse en la superficie y desarrollar dendritas de cristal que pueden alcanzar el cátodo y provocar un cortocircuito en la batería. La empresa deberá realizar pruebas a largo plazo para demostrar que su polímero es lo suficientemente duro como para bloquear las dendritas.
Los electrolitos poliméricos también tienen una gran desventaja inherente. Los polímeros siempre estarán limitados por una conductividad iónica más baja en comparación con los líquidos, dice Singh. Esto significa que la batería de Seeo estaría limitada para su uso en computadoras portátiles y vehículos eléctricos. Pero estos polímeros no podrían abordar aplicaciones de carga rápida como vehículos eléctricos híbridos o herramientas eléctricas.