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Baterías más potentes y con más duración, el MIT tiene la solución

Baterías más potentes y con más duración, el MIT tiene la solución
Martes, 10 de marzo de 2020

El MIT ha desarrollado una solución para lograr que las baterías de los coches eléctricos puedan acumular más energía y que ésta dure más. Una nueva investigación llevada a cabo por ingenieros del MIT (Massachusetts Institute of Technology) podría ser el primer paso para baterías que pueden acumular más energía y duren más, algo que sería muy beneficioso para los coches eléctricos, que pueden ver como su autonomía se multiplica en los próximos años.

El diseño es parte de un concepto para desarrollar baterías seguras de estado sólido, dispensando el líquido o el gel de polímero que generalmente se usa como material electrolítico entre los dos electrodos de la batería. Un electrolito permite que los iones de litio viajen de un lado a otro durante los ciclos de carga y descarga de la batería, y una versión completamente sólida podría ser más segura que los electrolitos líquidos, que tienen una alta volatilidad y han sido la fuente de explosiones en las baterías de litio.

Uno de los mayores problemas a los que se enfrentan las baterías actuales se da por el continuo proceso de carga y descarga. Cuando la batería se carga, los átomos se acumulan dentro del metal de litio, lo que hace que se expanda, y el metal se encoge nuevamente durante la descarga, a medida que se usa la batería. Estos cambios repetidos en las dimensiones del metal, dificultan que los sólidos mantengan un contacto constante y tienden a hacer que el electrolito sólido se fracture o se desprenda.

Baterías con mayor autonomía

Otro problema hasta la fecha es que ninguno de los electrolitos sólidos propuestos es químicamente estable mientras está en contacto con el litio metálico altamente reactivo, y tiende a degradarse con el tiempo. Al mismo tiempo, los intentos de superar estas dificultades se han enfocado a diseñar materiales electrolíticos sólidos que sean absolutamente estables frente al metal de litio, lo que resulta difícil. Los investigadores del MIT, no obstante, apostaron por un ánodo hecho de litio puro, utilizando un diseño inusual que usaba dos clases adicionales de sólidos, “conductores iónicos y electrónicos mixtos” (MIEC) y “aisladores de iones de litio y electrones” (ELI), que son químicamente estables en contacto con el litio.

Así, los científicos del MIT desarrollaron una nanoarquitectura tridimensional en forma de panal de tubos MIEC hexagonales, parcialmente infundidos con el metal de litio sólido para formar un electrodo de la batería, pero con espacio adicional dentro de cada tubo.

En el proceso de carga, cuando el litio se expande, fluye hacia el espacio vacío en el interior de los tubos, moviéndose como un líquido a pesar de que mantiene su estructura cristalina sólida. Este flujo, completamente confinado dentro de la estructura de panal, alivia la presión de la expansión causada por la carga, pero sin cambiar las dimensiones externas del electrodo o el límite entre el electrodo y el electrolito. El otro material, el ELI, sirve como un aglutinante mecánico crucial entre las paredes del MIEC y la capa de electrolitos sólidos. A causa de que las paredes de estas estructuras en forma de panal están hechas de MIEC químicamente estable, el litio nunca pierde contacto eléctrico con el material. Los materiales necesarios, principalmente manganeso, son significativamente más baratos que el níquel o el cobalto utilizados por otros sistemas, por lo que estos cátodos podrían costar una quinta parte menos que las versiones actuales de las baterías convencionales.

 

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