La capacidad de almacenamiento de las nuevas baterías de litio aumenta tres veces más y revolucionará el almacenamiento de las energías renovables y la electrificación del transporte

Los científicos de la Universidad de Rice de Houston, Texas, han creado una batería recargable de litio metálico que aumenta tres veces la capacidad de las baterías de iones de litio comerciales, resolviendo algo que ha dejado perplejos a los propios investigadores: el llamado problema dendrítico.

Este problema consiste en que, después de numerosos ciclos de carga y descarga de las baterías de ión litio, sobre todo si estos se realizan mediante el procedimiento de carga rápida, se favorece la aparición de carbono en los ánodos en forma de diminutas fibras de litio muerto conocidas como dendritas y que son como depósitos de litio que crecen en el electrolito de la batería.

Estas fibras o depósitos pueden causar un cortocircuito, provocando un rápido sobrecalentamiento de la batería y, en consecuencia, la ignición con fuego. En efecto, si las dendritas crecen lo suficiente como para puentear el ánodo y el cátodo, crearán un cortocircuito y entonces, la batería podrá fallar, prender fuego o incluso explotar.

Debido a este grave problema dendrítico, en los últimos años, ha habido diversos intentos que perseguían reemplazar las baterías de ión litio por baterías avanzadas del metal de litio que duran más tiempo y cargan de un manera más rápida.

La batería inventada por la Universidad de Rice almacena el litio en un ánodo único, un híbrido sin costuras de grafeno y nanotubos de carbono. Este material, que fue creado por primera vez en la Universidad Rice en 2012, esencialmente, consiste en una superficie tridimensional de carbono que proporciona una abundante área para que sea ocupada por el litio.

El tamaño del ánodo se aproxima al máximo teórico para que, de este modo, pueda almacenar el metal litio necesario, impidiendo la formación de dendritas dañinas o depósitos “musgosos” de litio, causantes del sobrecalentamiento de las baterías.

Los investigadores de la Universidad de Rice, liderados por el químico James Tour, descubrieron que cuando las nuevas baterías se cargan, el metal de litio cubre uniformemente el híbrido de carbono que resulta altamente conductor y en el que los nanotubos se unen, de manera covalente, a la superficie del grafeno.

Este híbrido de carbono sustituye a los ánodos de grafito de las baterías de ión litio que, comúnmente, se comercializan, favoreciendo la seguridad frente a la capacidad de almacenamiento. Pero la sustitución de las baterías de ión litio por las de nanotubos y metal litio no tardará en ocurrir. Es cierto que las baterías de ión de litio han logrado cambiar el mundo, pero sólo durarán el tiempo que tarde en llegar la nueva tecnología.

En este nueva tecnología de baterías, el “bosque” de nanotubos que constituye el nuevo ánodo, debido a su baja densidad y a su gran área superficial, tiene un montón de espacio para que las partículas de litio entren y salgan durante la carga y descarga de la nueva batería. El litio se distribuye uniformemente, extendiendo la corriente transportada por los iones del electrolito, eliminando el crecimiento de las dendritas.

Aunque la capacidad del prototipo de la batería viene limitada por el cátodo, el material del ánodo alcanza una capacidad de almacenamiento de litio de 3,351 miliamperios por gramo, cerca del máximo teórico y diez veces el de las baterías de ion litio. A su vez, debido a la baja densidad del “bosque” de nanotubos, la capacidad del litio para recubrir todo el recorrido que va hasta el sustrato, asegura el máximo uso del volumen disponible.

En definitiva, ha nacido una nueva batería de litio que, además de aumentar la capacidad de los teléfonos móviles, en pocos años, revolucionará la capacidad de almacenamiento de las energías renovables, impulsando de manera increíble el despliegue del coche eléctrico y la electrificación del transporte o movilidad.

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