Las baterías de los vehículos eléctricos no solo deben ser capaces de ofrecer una capacidad elevada para lograr una autonomía suficiente, también deben poder cargarse lo más rápido posible para evitar tiempos de espera excesivos. Con este objetivo han trabajado los investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST), desarrollando un nuevo material para los ánodos de las baterías que permite la carga ultrarrápida y una degradación mínima durante miles de ciclos de carga-descarga.
Los investigadores adoptaron un enfoque ecológico para desarrollar el electrodo. El material utilizado en el ánodo, capaz de retener su capacidad inicial durante miles de ciclos, es un polímero de base biológica. Este material, empleado en el ánodo de las baterías de los vehículos eléctricos, que actualmente pueden tardar 40 minutos en cargarse completamente, permitiría reducir los tiempos de espera para la recarga, lo que "alentaría más prácticas de sostenibilidad global", dijo el líder del equipo, el profesor JAIST Noriyoshi Matsumi. El comunicado de prensa añade que, al lograr tiempos de carga mucho más cortos, "los consumidores elegirán vehículos eléctricos en lugar de vehículos a gasolina, lo que en última instancia conducirá a entornos más limpios".
Según se explica en el artículo publicado en la revista Chemical Communications, el equipo de Matsumi creó el ánodo utilizando un método simple y eficiente ya que está formado por una base de carbono con un contenido de nitrógeno inusualmente alto. Para ello empleó un polímero de base biológica llamado poli (bencimidazol) como precursor, calcinándolo a 800 grados centígrados. Esto dio como resultado la preparación de un ánodo de carbono con un contenido de nitrógeno del 17 % en peso, un récord para este tipo de componente de batería, según explican los investigadores.
El equipo comparó el rendimiento del ánodo creado con este material con uno similar formado por grafito, que es el material que se usa comúnmente en las baterías de iones de litio. Desarrolló medias celdas y celdas completas y luego las sometió a pruebas de ciclado de carga y descarga. Gracias a la combinación de su alto contenido de nitrógeno y el espacio entre capas mejorado permite una cinética de iones de litio más rápida tanto a través como entre las capas. Los resultados de los experimentos fueron prometedores en términos de creación de dispositivos que permitan la carga rápida.
Gráfico comparativo del ánodo creado con el nuevo polímero biológico y el de grafito. Gracias a la combinación de su alto contenido de nitrógeno y el espacio entre capas mejorado permite una cinética de iones de litio más rápida tanto a través como entre las capas.
El equipo también realizó pruebas de durabilidad demostrando que, con el material de ánodo propuesto, las baterías eran capaces de retener alrededor del 90 % de su capacidad inicial después de 3.000 ciclos de carga y descarga a potencias elevadas, lo que reduce la degradación respecto a las celdas basadas en arquitecturas de grafito.
El siguiente paso que están considerando los investigadores es realizar modificaciones en la estructura del polímero reforzando el rendimiento del material. Esto podría hacer que el ánodo sea viable no solo para baterías de vehículos eléctricos, sino también para su uso en dispositivos electrónicos portátiles como teléfonos móviles