Ánodo y cátodo: ¿qué son y qué importancia tienen en los coches eléctricos?

El ánodo y el cátodo son elementos vitales en el funcionamiento de una batería y se complementan para hacer posible la reacción de oxidación-reducción mediante la transferencia de electrones.

El auge de los coches eléctricos ha hecho que el interés por el funcionamiento y los componentes de las baterías haya crecido, pero en realidad estas funcionan de un modo muy tradicional.

Dos elementos vitales en una batería, sea de coche eléctrico o no, son el ánodo y el cátodo, que vamos a definir a continuación:

El ánodo es un electrodo en el que se produce una reacción de oxidación. Es decir, que el material del cual está hecho el ánodo pierde electrones, incrementando así su estado de oxidación.

El cátodo, por el contrario, es un electrodo que sufre una reacción de reducción, mediante la cual el material del que está formado reduce su estado de oxidación al recibir electrones.

Para entender esto mejor vamos a definir algunos términos más que ya hemos nombrado:

• Electrodo: conductor eléctrico utilizado para hacer contacto con la parte no metálica de un circuito.
• Electrones: partículas subatómicas con carga elemental negativa.
• Electrolito: sustancia que contiene iones libres, lo que permite que se comporte como un conductor eléctrico.

Cómo funcionan el ánodo y el cátodo en una batería

A grandes rasgos, el funcionamiento de una batería se basa en tres elementos principales: el ánodo, el cátodo y el electrolito.

El electrolito de las baterías de iones de litio, las más comunes no sólo en los coches eléctricos sino en todos los dispositivos electrónicos portátiles, es un líquido en el que se diluyen sales de litio y que, por tanto, contiene iones libres que posibilitan la transferencia de electrones.

Así funciona una batería de iones de litio.

El ánodo y el cátodo se sumergen en el electrolito, de forma que el primero pierde electrones que van a parar al cátodo. Esta reacción química es la que produce energía eléctrica.

Tipos de ánodo y cátodo

El cátodo puede estar formado por diferentes materiales. Cada uno de ellos proporcionará diferentes valores de rendimiento en cuanto a densidad energética y estabilidad, entre otros aspectos.

En las baterías de litio, los cátodos más comunes con los siguientes:

• NCA (Níquel-Cobalto-Aluminio)
• NCM (Níquel-Cobalto-Manganeso)
• LFP (Litio-Hierro-Fosfato)
• LMO (óxido de manganeso de litio)
• LCO (óxido de cobalto de litio)
• Carbonato de litio
• Hidróxido de litio

Actualmente, las comúnmente utilizadas en las baterías de coches eléctricos son las tres primeras: NCA, NCM y LFP.

En lo que respecta al ánodo, los materiales utilizados son compuestos de grafito natural en escamas, microesferas de carbono mesofase y grafito artificial de coque de petróleo.

Por tanto, el carbono es el componente fundamental de los principales materiales utilizados en los ánodos de las baterías de iones de litio y su rendimiento afecta a la calidad, el coste y la seguridad de las mismas.