Baterías de ion-litio más ligeras, eficientes y seguras
Desde que Sony las comercializó en 1991, estas han impulsado desde el explorador de Marte Curiosity hasta los móviles que todos llevamos en el bolsillo. Hace 25 años que se comercializaron, pero esta tecnología sigue siendo viable: Se cargan rápidamente, tienen una gran densidad de carga, son ligeras y en general son bastante seguras. Sin embargo, el número de cargas que soportan es muy inferior al de otras tecnologías que por lo generar son más baratas. Además cuando las cosas se complican, el resultado es catastrófico. Están fabricadas con materiales inflamables y esto las hace propensas a incendios o incluso explosiones.
El funcionamiento de una batería está basado esencialmente en un proceso electro-químico reversible llamado reducción-oxidación (redox). Constan de una o varias celdas, que en realidad serían la batería en sí y las encargadas de almacenar la energía. Cada celda está formada por un electrodo correspondiente al polo positivo (cátodo) y otro correspondiente al negativo (ánodo). Se encuentran sumergidos en un electrolito, una sustancia con una alta concentración de iones libres de manera que estos puedan moverse entre los electrodos.
Investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han desarrollado un nuevo método basado en el uso de electrodos cerámicos para que estas baterías sean más eficientes, baratas de producir, resistentes y seguras que las convencionales.
Este método de fabricación se basa en el uso de láminas cerámicas mediante un moldeo por extrusión termoplástica. De manera que es posible fabricar electrodos con una forma plana o tubular que se puedan aplicar en cualquier tipo de batería de ion-litio. Además, el coste de fabricación es relativamente bajo y es fácil de adaptar al proceso de fabricación actual, según sus creadores; por lo que su paso a la industrialización sería inmediato.
Estos electrodos cerámicos están constituidos únicamente de material activo, por lo que se reduce el riesgo de degradación e inflamación a altas temperaturas (por encima de 100 ºC). Esto resulta especialmente importante, sobre todo, en el caso de los vehículos eléctricos. Si se produce un incendio de las baterías resulta muy complicado apagarlas. Estos nuevos electrodos sólidos no son inflamables, lo que contribuye a mejorar la seguridad de las baterías.
Las baterías de ion-litio convencionales, ante altas demandas de energía, tienden a sobrecalentarse y en algunos casos llegan a explotar (sobre todo si se perforan), siendo necesaria la instalación de circuitos de protección de las mismas. La principal razón es que los electrolitos empleados habitualmente contienen disolventes orgánicos líquidos que pueden inflamarse, al igual que los aditivos empleados para la fabricación de los electrodos. Esta nueva tecnología no emplea disolventes durante el proceso de fabricación, además estos electrodos son mucho más duros que los convencionales y aumentan la solidez de la batería.
Otra ventaja que presentan las baterías que integran estos nuevos electrodos es su eficiencia, según las pruebas efectuadas por los investigadores, que muestran un aumento de la capacidad específica cercana al triple respecto a los electrodos comerciales del mismo espesor. Y cómo esta técnica permite fabricar electrodos de un alto espesor (entre 450 y 1000 micras), se aumenta hasta diez veces la capacidad de almacenamiento por área respecto a la tecnología actual. Además estos electrodos cerámicos tienen un menor desgaste con cada ciclo de carga, por lo que su durabilidad aumenta de forma considerable, haciendo que sean capaces de almacenar prácticamente la misma carga varios ciclos después.
