Híbridos y Eléctricos

INVESTIGACIÓN DE GEORGIA TECH

Un electrolito gomoso de caucho resuelve los problemas de las baterías en estado sólido

El electrolito creado a partir de un elastómero resuelve los dos problemas que surgen con los que se emplean en las baterías sólidas: la fragilidad y la irregularidad de la interfaz con los electrodos, lo que elimina el riesgo de incendio y aumenta la autonomía de los vehículos eléctricos.

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Un electrolito gomoso de caucho resuelve los problemas de fragilidad e irregularidad de los electrolitos sólidos.

Un equipo de investigadores de la Universidad Georgia Tech en Atlanta (Estados Unidos) ha desarrollado un electrolito gomoso a partir de un elastómero de caucho que dotado de conductividad eléctrica. Gracias a estas propiedades, al emplearse en las celdas de las baterías de los vehículos eléctricos, puede lograr que alcancen una mayor durabilidad y seguridad, similar a la que ofrecen las baterías de estado sólido. Este electrolito resuelve a la vez sus dos problemas principales, la fragilidad y la irregularidad de la interfaz electrolito-electrodo, además de aumentar su autonomía, al elevar la conductividad iónica.

Las baterías de iones de litio son actualmente la tecnología empleada por la mayoría de los fabricantes para alimentar desde aparatos electrónicos pequeños, como los teléfonos móviles, hasta vehículos eléctricos de gran tamaño. Esta tecnología ofrece el mejor compromiso entre los diferentes parámetros que caracterizan este componente: capacidad energética, peso y volumen, potencia de salida, velocidad de recarga y, fundamentalmente, seguridad.

Sin embargo, en este último aspecto, y debido al aumento de la potencia de recarga necesaria para reducir los tiempos de espera de este proceso, cada vez se precisan sistemas de control más sofisticados. La creación de dendritas de litio en los electrodos alimenta el riesgo de que se produzca una fuga térmica cuando se recalienta que puede provocar el incendio e incluso la explosión de la batería. El responsable de ello es el electrolito líquido que se encuentra en su interior, por el que viajan los iones de litio.

Por esa razón, las baterías de electrolito sólido se muestran como la tecnología llamada a resolver este problema. La búsqueda se centra en encontrar un material que permita que por él viajen los iones de litio y que no pueda inflamarse. La mayoría de las propuestas se basan en materiales cerámicos, que suelen ser frágiles y que provocan que la interfaz entre ellos y los electrodos se vuelva irregular, lo que reduce la conductividad de los iones.

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El profesor Seung Woo Lee (izquierda) y Michael J. Lee (derecha) son los creadores del electrolito de polímero sólido (material de caucho) más económico y seguro que los materiales cerámicos de las baterías de estado sólido. Foto: Georgia Tech.

Para buscar una alternativa a este tipo de materiales, el equipo de investigadores de la Universidad Georgia Tech ha creado un electrolito elastómero de caucho que trata de resolver estos dos problemas de los electrolito sólidos. Al tratarse de un material gomoso puede adaptarse a los movimientos sin romperse y además crea una interfaz suave con los electrodos. Esta estabilidad mantiene su alta conductividad y además evita el crecimiento de las dendritas de litio.

Sin embargo, no es la parte gomosa en sí la responsable de que se produzca la conducción eléctrica. Sobre ella se incrustan cristales de plástico conductor de un material llamado succinonitrilo. Es decir, el elastómero solo proporciona una arquitectura en tres dimensiones para dar al electrolito su forma y estabilidad.

En el artículo publicado en la revista Nature, los investigadores ofrecen el resultado de su trabajo. En las pruebas, las baterías de metal de litio fabricadas con el nuevo electrolito pudieron operar a un voltaje de 4,5 V a temperatura ambiente, con una capacidad de 93 mAh y prácticamente sin degradación en su capacidad durante los 1.000 ciclos de la prueba. Tampoco hubo signos de formación de dendritas después de 100 ciclos.

El desarrollo del producto todavía tiene margen de mejora. El equipo está investigando la manera de aumentar los ciclos de carga y recarga y la conductividad iónica. Michael Lee, autor principal del estudio, explica que esta característica significa que es posible “ mover más iones al mismo tiempo lo que aumenta la energía específica y la densidad de energía de las baterías y se traduce directamente en una mayor autonomía del vehículo eléctrico”.

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