Método para aumentar la densidad energética de las baterías de litio
Celdas de baterías con triple capa

Yuan Yang, profesor asistente de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Columbia ha anunciado un nuevo método para lograr aumentar la densidad energética de las baterías de litio.

Las baterías de litio que utilizamos actualmente en los dispositivos electrónicos y en los vehículos eléctricos pierden entre un 5 y un 20 por ciento de su capacidad en el primer ciclo de carga, un proceso que se realiza en la fábrica, antes de ser instaladas en el dispositivo al que van a dar energía.

Una porción del electrolito líquido se solidifica y recubre el electrodo negativo de la batería. En el caso de las baterías de los coches eléctricos actuales la pérdida de litio es aproximadamente de un 10%. Para la próxima generación de baterías, de mayor capacidad, esto porcentaje puede aumentar hasta un 20 o 30% ya que utilizan materiales como el silicio, con mayor capacidad de expansión.

Esta pérdida inicial reduce la capacidad potencial de cada celda y por lo tanto compromete el aumento de la densidad de energía alcanzable. En la actualidad, para compensar este efecto, se utilizan, para el electrodo, materiales ricos en litio. La mayoría de ellos son inestables ante la humedad natural del aire por lo que es necesario fabricar las baterías en un ambiente seco, lo que incrementa su coste.

Baterias de litio y de pos-litio situadas en los bajos de la nueva plataforma eléctrica

Yang ha desarrollado una nueva estructura formada por tres capas para la fabricación de los ánodos de las baterías que protegen el litio del aire y la humedad mediante dos capas de PMMA,  un polímero termoplástico transparente. A su vez este se recubre con materiales activos como las nanopartículas de grafito o el silicio. A continuación la capa de PMMA se disuelve en el electrolito de la batería exponiendo el litio a los materiales del electrodo. De esta forma se evita el contacto del litio con en el aire ambiental mientras se maneja la celda.

Con este método se aumenta la densidad energética de las baterías de silicio. En el laboratorio se ha logrado reducir la pérdida inicial del 8% al 0,3% en los electrodos de grafito y de un 13% a un -15% en los de silicio. En este último caso el valor negativo indica que se tiene más litio del necesario, que se puede utilizar para mejorar algo más los ciclos de carga y descarga de la batería.

Actualmente el equipo de Yang está tratando de reducir el espesor de la capa de polímero para minimizar el volumen de la celda de litio.

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