Los espectaculares avances de las baterías de ión litio (y II)

En la nueva batería de ión litio, los iones litio pasan del electrodo de grafito al electrodo de fosfato de hierro-litio mediante un electrolito que resulta encargado de transportarlos. Por otra parte, los electrones realizan el recorrido entre electrodos a través de un circuito externo que les permite hacer un trabajo útil. Cuando la batería se recarga, tantos los iones de litio como los electrones discurren en sentido opuesto a como lo habían hecho en la fase de descarga.

La velocidad con la que los iones litio pueden entrar y salir de los electrodos es lo que determina el tiempo que se necesita para cargar o descargar la batería. El grafito tiene una estructura abierta y es fácil que los electrones penetren en él. Sin embargo, en el caso del fosfato de hierro-litio y otros electrodos hechos de materiales similares, la estructura cristalina sólo permite la entrada y salida en una única dirección. Este hecho origina atascos que hacen que cada vez sea más lento el movimiento de los iones de litio por los filamentos de cobre.

Hoy en día, las baterías de litio que se fabrican ofrecen un buen rendimiento energético y además, son casi en su totalidad reciclables. Sin embargo, tienen su punto débil en el bajo nivel de potencia que son capaces de producir en determinados momentos. En especial, en aquellos momentos en los que, por cualquier motivo, se necesita de la batería una aportación extra de potencia. Este hecho ha sido asociado tradicionalmente a la lentitud con la que circulan los iones de litio y los electrones que circulan por las baterías de ión-litio, el elemento químico más utilizado para construir las baterías actuales que utilizan los teléfonos móviles y los coches eléctricos.

Por ello, los investigadores Gerbrand Ceder y Buoungwoo Kang del MIT centraron sus esfuerzos en conseguir aumentar la velocidad de desplazamiento de los iones litio. A tal fin crearon una especie de ‘autovía de circunvalación’ que discurriera por la capa exterior de la batería, de manera que fuera capaz de distribuir la energía por todos y cada uno de los rincones de la misma.

Así pues, lo que Ceder y Kang hicieron fue crear unos electrodos especiales que permitieran mejorar el rendimiento de las baterías de ión litio. Ambos investigadores diseñaron una batería de ión-litio capaz de almacenar y suministrar después una mayor cantidad de energía que las existentes. En lo que se refiere a las baterías de los teléfonos móviles consiguieron que éstos pudieran recargarse en apenas diez segundos. Se trata de un invento que podría revolucionar el mundo de la telefonía móvil así como el de los coches eléctricos. Y este hecho ocurrirá pronto ya que se espera que, en un plazo de dos años, estas baterías podrían estar en el mercado.

La clave de estas nuevas baterías reside en el hecho de que los electrodos se componen de dos materiales diferentes. Uno de estos materiales es bueno para el almacenamiento de iones, mientras que el otro material es bueno para la transmisión de iones. Los dos materiales están dispuestos en forma de diminutas esferas de un radio de menos de 50 milmillonésimas de metro.

El núcleo de cada esfera es un cristal de fosfato de hierro-litio —LiFePO4. Este cristal actúa como si fuera el material de una batería estándar. La superficie, sin embargo, está hecha de un vidrioso fosfato de litio que no es de estructura cristalina. Este vidrio de fosfato de hierro-litio es bueno para la transmisión de iones de litio, si bien, en realidad, no sea bueno para almacenar muchos iones.

Por lo tanto, el vidrio de fosfato de hierro-litio actúa como si fuera un supercondensador. El resultado es que cualquier ión-litio que llega a una de las esferas es desplazado rápidamente alrededor de la superficie del supercondensador hasta que encuentra el camino adecuado para introducirse en el núcleo de la batería —o si la batería en cuestión está siendo cargada, ocurre exactamente lo contrario.

Sin embargo, lo que realmente ha sido una genialidad ha sido la manera como se fabricaron las esferas. Las esferas cristalizan a partir de un material fundido que no tiene suficiente hierro como para convertirse en fosfato de hierro-litio puro, por lo que, finalmente, y a medida que el material fundido se enfría, la esfera no puede formarse con mucho de ese material. Se puede decir que el crecimiento de la esfera se debe sólo al fosfato de litio y, así, alterando las condiciones iniciales, los investigadores Ceder y Kang fueron capaces de hacer que el revestimiento de la esfera fuera vítreo en lugar de serlo cristalino.

El resultado final es que se ha dado con un material que cuando fue probado en baterías experimentales de teléfono móvil fue capaz de cargar y descargar la electricidad en tan sólo unos pocos segundos. En el futuro, y aplicando este descubrimiento a la baterías de los coches eléctricos, podemos concluir que los recorridos largos no tendrán que evitarse por el mero hecho de que la batería se descarga y que para su recarga se necesitaría emplear más de ocho horas. De este modo, y en tan sólo unos pocos años, el viaje en coche eléctrico de Barcelona a Donostia-San Sebastián podrá realizarse en un tiempo similar al que emplean los demás vehículos de motor de combustión interna. Pero eso sí, la ventaja es que en un coche eléctrico el viaje se realizará a un coste  8-10 veces menor. La competitividad del coche eléctrico con respecto al que lleva motor térmico de gasolina o de gasóleo es impresionante.

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5 Responses to Los espectaculares avances de las baterías de ión litio (y II)

  1. Mile dice:

    Sr.Juanjo.

    Excelentes sus aportes.

    Quisiera q me colabore con una pregunta que tengo del colegio acrca de la prospectiva estrategica.

    Con base en las tendencias prospectivas de los próximos años.
    • Cuáles son las tendencias relacionadas con la sociedad de la información en los sistemas educativos. (Dos cuadernillas).

    GRACIAS…

  2. Sebastián dice:

    Muchs gracias por tu blog.
    No me queda claro es si las baterías de litio que mencionas son las denominadas LiFePo u otras. Podrías comentar ventajas y desventjas de unas sobre otras.
    Gracias

  3. Enrique dice:

    Se habla de vidrios de fosfato-hierro y estoy interesado en las iridiscencias que puedan producir en un vidrio cerámico juntamente con otros fosfatos de alúminio, manganeso o litio.

    Por lo que le agradecería recibir información en este sentido

  4. jose urena dice:

    Me agrado tu exposicion relacionada con las baterias de ion-litio, esta explicacion no la habia leido aun, de modo que resulto muy atinada para mi, por ello te felicito grandemente, pues esto eleva el nivel de conocimiento de tus lectores y nos damos cuenta que tu espacio tiene calidad, bien por ti!

  5. Pues si la explicacion esta claro y concreto asi podemos tener una idea de las virtudes que tiene una bateria ion litio donde la fase vitrea de fosfato de Fe-Li mejora las propiedades de la bateria.

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