Investigadores de la Universidad de Maryland que estudian cómo fallan las baterías de litio han desarrollado una nueva tecnología que podría permitir vehículos eléctricos (EV) de próxima generación y otros dispositivos que son menos propensos a incendiarse las baterías y al mismo tiempo aumentar el almacenamiento de energía.
El método innovador descrito en un artículo publicado en la revista Naturalezasuprime el crecimiento de dendritas de litio, estructuras dañinas en forma de ramas que se desarrollan dentro de las baterías de litio de “estado sólido” descritas, lo que impide que las empresas comercialicen ampliamente la prometedora tecnología de estado sólido.
Pero este nuevo diseño de una “capa intermedia” de batería, dirigido por el profesor Chunsheng Wang del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, detiene la formación de dendritas y podría abrir la puerta a la producción de baterías viables de estado sólido para vehículos eléctricos.
Al menos 750.000 vehículos eléctricos registrados en Estados Unidos funcionan con baterías de iones de litio, populares por su alto almacenamiento de energía, pero que contienen un componente de electrolito líquido inflamable que se quema cuando se sobrecalienta.
Si bien ninguna agencia gubernamental rastrea los incendios de vehículos por tipo de automóvil, y los incendios de baterías de automóviles eléctricos parecen ser relativamente raros, plantean riesgos particulares; La Junta Nacional de Seguridad en el Transporte informa que los socorristas son vulnerables a riesgos de seguridad, incluidas descargas eléctricas y exposición a gases tóxicos que emanan de baterías dañadas o quemadas.
Las baterías totalmente de estado sólido podrían dar lugar a automóviles más seguros que los actuales modelos eléctricos o de combustión interna, pero crear una estrategia para evitar los inconvenientes fue laborioso, señaló Wang.
Cuando estas baterías funcionan con las altas capacidades y tasas de carga y descarga que exigen los vehículos eléctricos, las dendritas de litio crecen hacia el lado del cátodo, provocando cortocircuitos y una disminución de la capacidad.
Wang y el asociado postdoctoral Hongli Wan comenzaron a desarrollar una teoría para la formación del crecimiento de dendritas de litio en 2021; sigue siendo un tema de debate científico, dijeron los investigadores.
“Después de que descubrimos esa parte, propusimos la idea de rediseñar las capas intermedias que suprimirían efectivamente el crecimiento de dendritas de litio”, dijo Wang.
Su solución es única debido a la estabilización de las interfaces de la batería entre el electrolito sólido y el ánodo (donde los electrones de un circuito ingresan a la batería) y el electrolito y el cátodo (donde la energía sale de la batería). La nueva estructura de la batería añade una capa intermedia rica en flúor que estabiliza el lado del cátodo, así como una modificación de la capa intermedia del ánodo con magnesio y bismuto, suprimiendo la dendrita de litio.
“Las baterías de estado sólido son de próxima generación porque pueden lograr alta energía y seguridad. En las baterías actuales, si se logra una alta energía, se sacrificará la seguridad”, afirmó Wang.
Los investigadores tienen otros desafíos que resolver antes de que la tecnología de estado sólido ingrese al mercado.
Para comercializar baterías totalmente de estado sólido, los expertos tendrán que reducir la capa de electrolito sólido para lograr un espesor similar al del electrolito de las baterías de iones de litio, lo que mejorará la densidad de energía (o cuánta energía puede almacenar la batería).
Los altos costos de los materiales básicos son otro desafío, afirmó el equipo.
Con el objetivo de lanzar las nuevas baterías al mercado para 2026, el fabricante de baterías avanzadas Solid Power planea comenzar las pruebas de la nueva tecnología para evaluar su potencial de comercialización. La investigación continua tiene como objetivo aumentar aún más la densidad energética, dijeron los investigadores.
El estado sólido de litio bien podría ser el siguiente paso en la mejora de las baterías. Esta investigación ya está pasando a las pruebas de prototipos, una señal definitoria en progreso. Es posible que pronto haya tecnología de batería de litio de estado sólido. Lo más probable es que se encuentren en teléfonos móviles u otros dispositivos personales. Sería un excelente campo de pruebas para el mercado masivo.
El siguiente paso podría ser una batería de metal de litio de estado sólido. El progreso podría acelerarse o ralentizarse, ya que el mercado podría contraerse debido a los problemas de generación de energía y de capacidad de la red que los consumidores han comprendido que son problemas graves en el mercado de vehículos eléctricos.
Pero de ninguna manera las ventas de dispositivos personales han disminuido. Y hay muchas ideas sobre nuevos productos que podrían lanzarse con un aumento en la capacidad de energía y la seguridad. Los vehículos eléctricos pueden tener problemas con las circunstancias del mercado, pero la demanda de baterías seguirá creciendo de todos modos.
Fuente: Agencia ID.
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