La universidad de Harvard desarrolla la última esperanza de las baterías de estado sólido: se podrán cargar en 10 minutos

La expansión de la movilidad eléctrica es cuestión de superar retos y reducir problemas. La red de carga, el precio y los tiempos de esperan son los tres principales argumentos habituales esgrimidos por los detractores del coche eléctrico. Si bien es cierto que la infraestructura podría ser mejor, al menos en España, diferentes investigaciones alimentan la esperanza de poder solventar los problemas de precio y tiempos de carga. La Universidad de Harvard, una de las más prestigiosas del mundo, acaba de publicar un estudio que promete revolucionar el campo de las baterías de estado sólido.

Actualmente, la corriente principal de la industria es el empleo de las baterías de iones de litio como fuente de alimentación para los coches más punteros del mercado. Sin embargo, paralelamente, se están investigando otros procedimientos y químicas, como las baterías de sodio o las baterías de estado sólido. Son la próxima gran esperanza para la industria. Muchas compañías ya han anunciado planes estratégicos en esa dirección, entre ellas Volkswagen, Toyota y Honda. Sin embargo, todavía estamos lejos de ver un mercado masivo de coches eléctricos impulsados con baterías de estado sólido.

La investigación de Harvard espera escalar el prototipo para un uso general

Uno de los mayores desafíos en el diseño de baterías de estado sólido, posiblemente el que más, es la formación de dendritas en la superficie del ánodo. Las dendritas son proyecciones de metal que pueden acumularse en la superficie del litio y crecer como raíces hacia el electrolito. Perforan la barrera que separa el ánodo y el cátodo, pudiendo causar un cortocircuito, o lo que es peor, un incendio. Las dendritas se forman cuando los iones de litio se mueven del cátodo al ánodo durante la carga, adhiriéndose a la superficie del ánodo en un proceso llamado revestimiento.

Esto crea una superficie desigual y no homogénea en el ánodo y permite que las dendritas echen raíces. En los ciclos de descarga es necesario eliminar ese recubrimiento, similar a una placa del ánodo. Cuanto más desigual es el revestimiento, más lento e irregular puede ser el proceso de extracción, lo que termina afectando a la eficiencia en el ciclo de carga. El equipo de ingeniería de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard ha conseguido eliminar el problema y, de hecho, la nueva batería es capaz de soportar un mayor número de ciclos de carga y descarga sin deteriorarse.

La investigación publicada en una conocida revista científica describe una nueva forma de fabricar baterías de estado sólido con un ánodo de metal litio. Xin Li, profesor asociado de ciencia de materiales en SEAS y autor principal del artículo, ha comentado: «Las baterías de ánodo de metal de litio se consideran el santo grial de las baterías porque tienen diez veces la capacidad de los ánodos de grafito comerciales y podrían aumentar drásticamente la distancia de conducción de los vehículos eléctricos. Nuestra investigación es un paso importante hacia baterías de estado sólido más prácticas para aplicaciones industriales y comerciales».

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Los investigadores han conseguido eliminar la formación de dentritas mediante el uso de partículas de silicio del tamaño de una micra en el ánodo de la batería. De esta forma se restringe la reacción de liticiación y se facilita el revestimiento homogéneo de una gruesa capa de metal de litio. En el diseño de los investigadores de Harvard, cuando los iones de litio se mueven del cátodo al ánodo durante la carga la reacción de litiación se restringe en la superficie poco profunda y los iones se adhieren a la superficie de la partícula de silicio, pero no penetran más. Y, debido a que el enchapado y el decapado pueden ocurrir rápidamente en una superficie plana, la batería se puede recargar en aproximadamente 10 minutos.

Para demostrar la viabilidad del proyecto, los ingenieros responsables han construido una batería prototipo del tamaño de un sello postal, entre 10 y 20 veces más grande que la mayoría de las celdas de botón fabricadas por los laboratorios universitarios. La batería de estado sólido ha demostrado una alta capacidad de retención, el 80%, después de 6.000 ciclos, superando así cualquier registro disponible en el mercado actual. La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha otorgado la licencia de la tecnología a Adden Energy, empresa derivada de Harvard y cofundada por Li y tres ex alumnos de la prestigiosa universidad. El próximo reto es construir otra batería de pruebas del tamaño de un smartphone.

Fuente: Nature Materials