Híbridos y Eléctricos

INVESTIGACIÓN DEL ORNL

Pulsos electroquímicos: la solución para hacer viables las baterías de metal de litio y electrolito solido

El equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) ha descubierto la manera de estabilizar los ánodos de metal de litio en baterías que cuentan además con electrolito sólido, de manera que se podrían duplicar las densidades de energía de las baterías actuales.

baterias metal de litio con electrolito solido
Las baterías de metal de litio con electrolito sólido podrían duplicar la densidad de energía de las actuales, siempre y cuando se solucionen los problemas de estabilidad estructural de sus ánodos.

La unión del uso de metal de litio de alta densidad en los ánodos de las baterías y un electrolito sólido en lugar de líquido para transportar los iones entre los electrodos es una solución prometedora para aumentar la densidad de energía de las baterías de los vehículos eléctricos. Un equipo de científicos estadounidenses ha reunido de nuevo estas dos ramas de estudio para demostrar que los problemas de estabilidad asociados con esta arquitectura pueden resolverse con la ayuda de pulsos electroquímicos. Resolver esta traba permitiría que los vehículos eléctricos pudiesen funcionar mucho más tiempo con cada carga de sus baterías.

Las investigaciones relacionadas con las baterías del metal de litio y el electrolito sólido se centran principalmente en el ánodo, el electrodo negativo de la batería, que es el que se oxida en la reacción química. Los ánodos actuales están compuestos de una mezcla de grafito y cobre aunque el metal de litio puro se muestra como una alternativa prometedora, ya que ofrece la mayor densidad de energía entre los materiales sólidos. Sin embargo, la integración del metal de litio en las baterías ha resultado complicada hasta el momento ya que los científicos se enfrentan a varios problemas de estabilidad química cuyo resultado es que literalmente acaban deshaciéndose.

Sin embargo, sí existe un consenso entre la comunidad científica de que el empleo de un electrolito sólido en lugar de uno líquido permitiría el uso del metal de litio en las baterías. En este campo han puesto el foco los científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL), ya que han hallado una manera de unir los componentes del ánodo de una manera estable y duradera que además no compromete el rendimiento.

La fusión de materiales en las baterías de estado sólido suele ser una tarea compleja, ya que los ciclos de carga y descarga provocan inestabilidades en las uniones y causan la formación de huecos. Un efecto que se conoce como impedancia de contacto. Una de las formas de resolver este problema es aplicar presión para reducirlos. Sin embargo, se trata de una técnica que debería usarse periódicamente con la batería en funcionamiento, lo que podría dar lugar a cortocircuitos.

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El equipo de científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge ha demostrado que los pulsos electroquímicos pueden ser claves para restaurar las baterías de metal de litio con electrolito sólido a su capacidad original cuando estás se fatigan, abriéndoles la puerta para su uso en vehículos eléctricos.

Los científicos de ORNL han descubierto que es posible eliminar estos huecos aplicando un pulso electroquímico corto de alto voltaje cuando el ánodo de metal de litio se une con el electrolito sólido. Estos pulsos son realmente una corriente que rodea los vacíos y hace que se disipen, dando como resultado que en la interfaz de los materiales se crea un contacto generalizado.

El uso de estos pulsos no tiene un efecto perjudicial sobre la batería de manera que la técnica de pulsación podría aplicarse para restaurarla prácticamente a su capacidad original. Según el equipo de científicos esta tecnología ofrecerá una forma viable de administrar las baterías de metal de litio con electrolito sólido durante su funcionamiento. Este sistema podría llegar a duplicar la densidad de energía que las baterías actuales en un paquete mucho más pequeño. Esto significa que la autonomía de los vehículos eléctricos podría aumentarse de manera considerable.

“Este método permitirá crear una arquitectura totalmente sólida sin aplicar una fuerza externa que pueda dañar la celda mientras la batería está funcionando”, afirma Ilias Belharouak, codirector del proyecto. "En el proceso que hemos desarrollado, la batería se puede fabricar normalmente y luego se puede aplicar un pulso para rejuvenecer y actualizar la interfaz cuando la batería se fatiga".

La investigación ha sido publicada en la revista ACS Energy Letters. Actualmente, el equipo de ORNL continúa desarrollando la tecnología, experimentando con materiales de electrolitos más avanzados e investigando cómo podría ampliarse para su uso en un sistema de batería de estado sólido a escala de trabajo.

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