Un equipo de investigadores de Cornell Engineering ha creado una nueva batería de litio que, gracias al indio, un metal blando, puede cargarse más rápido que cualquiera de las existentes en el mercado y con la garantía de rendir de forma estable durante ciclos prolongados de carga y descarga.
Como siempre que hablamos de tecnologías prometedoras para la movilidad eléctrica, este avance podría significar un alivio para la conocida como «ansiedad por la autonomía», una de las principales barreras para la adopción del coche eléctrico.
Lynden Archer, decano de Ingeniería de la Universidad de Cornell, señala:
«La ansiedad por la autonomía es una barrera mayor para la electrificación en el transporte que cualquiera de las existentes, como el coste y la capacidad de las baterías, y hemos identificado una vía para eliminarla utilizando diseños racionales de electrodos. Si puedes cargar la batería de un vehículo eléctrico en cinco minutos no necesitas tener una batería lo suficientemente grande para una autonomía de 500 kilómetros. Puedes conformarte con menos, lo que reduciría el coste de los vehículos eléctrico y contribuirá a acelerar su adopción».
La creación de la nueva batería de iones de litio
Tras cargar de forma rápida su batería de litio, los investigadores observaron que su ánodo de indio tenía una electrodeposición de litio suave, mientras que otros materiales de ánodo crean dendritas que afectan al rendimiento de la batería.
Shuo Jin, estudiante de doctorado en ingeniería química y biomolecular, explica:
«Nuestro objetivo era crear diseños de electrodos de batería que se cargaran y descargaran de manera que se alinearan con la rutina diaria. En términos prácticos, deseamos que nuestros dispositivos electrónicos se carguen rápidamente y funcionen durante períodos prolongados. Para lograr esto, hemos identificado un material de ánodo de indio único que se puede combinar de manera efectiva con varios materiales de cátodo para crear una batería que se carga rápidamente y se descarga lentamente».
Para su nueva batería, los investigadores tomaron un rumbo diferente y se centraron en la cinética de las reacciones electroquímicas, empleando específicamente un concepto de ingeniería química denominado «número de Damköhler». Se trata de una medida de la velocidad a la que ocurren las reacciones químicas, en relación con la velocidad a la que se transporta el material al sitio de la reacción.
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La identificación de materiales de electrodos de batería con velocidades de transporte de estado sólido inherentemente rápidas y, por lo tanto, con números de Damköhler bajos, ayudó a los investigadores a identificar el indio como un material excepcionalmente prometedor para baterías de carga rápida. El indio es un metal blando, que se utiliza principalmente para fabricar recubrimientos de óxido de indio y estaño para pantallas táctiles y paneles solares. También se utiliza como sustituto del plomo en la soldadura a baja temperatura.
Indio, el material clave
Según el nuevo estudio, el indio tiene dos características que hacen de él un material clave como ánodo de batería. En primer lugar, cuenta con una barrera de energía de migración extremadamente baja, que establece la velocidad a la que los iones se difunden en estado sólido.
Por otro lado, cuenta con una densidad de corriente de intercambio normal, algo que está relacionado con la velocidad a la que se reducen los iones de ánodo.
En combinación, ambas cualidades son esenciales para la carga rápida y el almacenamiento de larga duración.
Archer apunta:
«La gran innovación radica en que hemos descubierto un principio de diseño que permite que los iones metálicos en el ánodo de una batería se muevan libremente, encuentren la configuración correcta y solo entonces participen en la reacción de almacenamiento de carga. El resultado final es que en cada ciclo de carga, el electrodo se encuentra en un estado morfológico estable. Es precisamente esto lo que le da a nuestras nuevas baterías de carga rápida la capacidad de cargarse y descargarse repetidamente durante miles de ciclos».
Junto con otras vías como la carga inalámbrica por inducción en las carreteras, esta tecnología podría contribuir a reducir el tamaño y, por tanto, el elevado coste actual de las baterías.
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