- Baterías de coche eléctrico: ya hay un polímero híbrido que mantiene el 86,8% de su capacidad tras 200 ciclos y duplica la vida útil.
- Los nuevos electrodos de mayor grosor almacenan más energía y pueden aumentar la autonomía sin cambiar las líneas de producción actuales.
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Las baterías de coche eléctrico afrontan desde hace años un mismo límite cuando se busca aumentar su capacidad. Incrementar el grosor de los electrodos permite almacenar más energía, pero también genera problemas que reducen la resistencia de las celdas y acortan su vida útil. Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad Sungkyunkwan (SKKU) y de la Universidad Nacional de Seúl ha planteado una solución basada en un nuevo polímero híbrido.
El estudio, dirigido por el profesor Ki-Jae Kim junto al equipo de investigación de Jang Wook Choi, propone sustituir el aglutinante utilizado de forma habitual por un material con un comportamiento diferente. El objetivo consiste en mantener la estabilidad de electrodos de gran espesor sin renunciar a una mayor capacidad de almacenamiento, un requisito para ampliar la autonomía de los vehículos eléctricos.
Baterías de coche eléctrico: el problema del aglutinante en los electrodos
Uno de los componentes menos visibles de una batería es el aglutinante, también conocido como binder. Su función consiste en mantener unidos los materiales que forman el electrodo. En la actualidad se emplea principalmente fluoruro de polivinilideno (PVDF), un compuesto que presenta varias limitaciones cuando el espesor del electrodo aumenta durante la fabricación.
Durante el proceso de secado, el PVDF tiende a concentrarse en la superficie del electrodo. Ese comportamiento favorece la aparición de grietas y desprendimientos que debilitan la estructura interna. Como consecuencia, el movimiento de los iones de litio resulta menos eficiente y la degradación de la batería se produce antes de lo previsto.
Para resolver ese inconveniente, los investigadores diseñaron un aglutinante híbrido de doble acción, denominado DHP. El material combina elastano o spandex, elegido por su elasticidad, con ácido poliacrílico (PAA), capaz de interactuar con los componentes del electrodo. La unión de ambos polímeros mantiene la estructura incluso cuando el electrodo alcanza un mayor grosor y mejora el desplazamiento de los iones de litio.
Baterías de coche eléctrico: los ensayos duplican la duración de las celdas
Las pruebas realizadas por el equipo mostraron una mejora significativa del nuevo material frente a los aglutinantes convencionales basados en PVDF. Los investigadores comprobaron que la fuerza de adhesión prácticamente se duplicó, un factor que ayuda a conservar la estabilidad del electrodo durante el funcionamiento de la batería y reduce el deterioro de sus componentes.
Otro de los aspectos observados fue la formación espontánea, durante los primeros ciclos de carga y descarga, de una interfaz entre el litio y el ácido poliacrílico (PAA). Esa unión facilita el desplazamiento de los iones a través del electrodo, favoreciendo un transporte más uniforme y un mejor comportamiento electroquímico de la celda.
La tecnología también se probó en celdas comerciales de gran capacidad con formato pouch, similares a las utilizadas por la industria. Los resultados reflejaron una diferencia notable: las baterías con aglutinantes tradicionales dejaron de funcionar después de alrededor de 95 ciclos de carga y descarga, mientras que las equipadas con el nuevo polímero conservaron el 86,8% de su capacidad inicial tras superar los 200 ciclos, una cifra que supone más del doble de vida útil.
Fabricación sin cambiar las líneas de producción
Además de los resultados obtenidos en laboratorio, los investigadores destacan que este polímero híbrido puede incorporarse a los procesos actuales mediante tecnología húmeda. Eso significa que los fabricantes podrían producir baterías de mayor capacidad sin tener que sustituir la maquinaria ni adaptar las líneas de producción ya instaladas.
Esta compatibilidad con la infraestructura existente también permitiría reducir los costes asociados a la introducción de nuevos sistemas de fabricación. En lugar de recurrir a procesos distintos para fabricar electrodos de mayor tamaño, la propuesta aprovecha las instalaciones que ya utilizan los fabricantes de baterías de iones de litio.
Ki-Jae Kim explicó que el aumento del grosor de los electrodos estaba condicionado hasta ahora por las limitaciones de los aglutinantes convencionales y por las dificultades del propio proceso de fabricación. Según el investigador, la combinación de elastano y ácido poliacrílico elimina ese obstáculo y ofrece una alternativa que puede incorporarse a las líneas actuales sin recurrir a los procesos de fabricación en seco que comienzan a utilizarse en las baterías de nueva generación. En su opinión, esta solución puede contribuir a fabricar vehículos eléctricos con una autonomía superior y baterías capaces de mantener su rendimiento durante un mayor número de ciclos de carga.
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Soy una periodista madrileña con más de 25 años de experiencia. Cursé los estudios de periodismo en el Centro de Estudios Universitarios San Pablo CEU. A lo largo de mi trayectoria profesional he trabajado en medios como Motor 16, Km77, Car & Driver o Quad & Jet, y he colaborado con departamentos de prensa como el de BMW.
