Híbridos y Eléctricos

INVESTIGACIÓN DEL RENSSELAER POLYTECHNIC INSTITUTE

Baterías de metal de potasio, tan eficientes como las de litio, pero sin dendritas

Sustituyendo el litio por potasio, es posible eliminar las dendritas que se forman en las baterías de los coches eléctricos, manteniendo su rendimiento, aumentando su vida útil y reduciendo el precio de producción.

En las baterias de potasio es posible eliminar las dendritas que se forman en las de iones de litio.
En las baterias de potasio es posible eliminar las dendritas que se forman en las de iones de litio.

Un equipo de investigadores del Rensselaer Polytechnic Institute de Nueva York ha logrado demostrar que en una batería en la que el litio se sustituye por potasio, las dendrita pueden ser eliminadas por calentamiento, aumentando su vida útil. Si bien en este tipo de batería, las dendritas siguen formándose en la superficie del ánodo, estas pueden eliminarse elevando la temperatura de la batería de manera controlada cuando no se está utilizando, haciendo que los átomos de potasio se muevan lateralmente deshaciendo la formación.

Las dendritas son pequeñas estructuras rígidas en forma de árbol que crecen en el interior de una batería de litio como proyecciones en forma de aguja. Estas formaciones pueden llegar a perforar el separador que evita que los electrodos (cátodo y ánodo) se toquen. Además, también aumentan las reacciones no deseadas entre el electrolito, en el que están sumergidos estos electrodos y por el que viajan los iones, acelerando los fallos de la batería. 

La formación de las dendritas comienza cuando los iones de litio se agrupan en la superficie del ánodo, formando una primera partícula. La estructura crece lentamente a medida que más iones de litio se acoplan a ella, aumentando su tamaño de la misma manera que una estalagmita crece desde el suelo de una cueva.

El equipo de Nikhil Koratkar, director del proyecto, ha demostrado que es posible eliminar el problema de la formación de las dendritas sustituyendo el metal de litio por potasio. En el laboratorio, los investigadores cargaron y descargaron la batería a velocidades relativamente altas, con el objetivo de estimular la formación de las dendritas. Con la batería en reposo, elevaron la temperatura interna de manera controlada, lo que provocó la eliminación de las dendritas del ánodo. Este aumento de la temperatura en el interior de la batería no derrite el metal de potasio, pero ayuda a activar la difusión de la superficie para que los átomos de potasio se muevan lateralmente alisando la dendrita. 

En cuanto a rendimiento y la velocidad de recarga, la batería de potasio funciona prácticamente igual que la de litio. Además de alargar la vida útil de la batería y la seguridad, también puede reducir el coste de producción, ya que el potasio es un elemento más abundante que el litio. En el artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, donde se describe la investigación, Koratkar afirma que “en términos de rendimiento, una batería de metal de potasio podría rivalizar con una batería de iones de litio".

En el documento publicado, Koratkar y su equipo explican cómo su solución al problema de la formación de las dendritas abre el camino para que este tipo de baterías puedan desarrollarse para su implementación en vehículos eléctricos, ya que facilitaría el uso de la carga rápida sin degradación. "Nuestro enfoque práctico para aplicar este método es que cuando la batería esté conectada, pero no se esté recargando, el sistema de gestión de energía aplique calor local para lograr que las dendritas desaparezcan”.

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