Las baterías del futuro tendrán que satisfacer grandes expectativas: tendrán que ser más ligeras y funcionar mejor, tener una vida útil más larga, ser más seguras y también menos propensas a errores.
Los científicos de todo el mundo persiguen estos objetivos utilizando tecnologías de estado sólido: las baterías de estado sólido no contienen líquido, a diferencia de las baterías recargables tradicionales en las que los iones de litio se mueven a través de un electrolito líquido desde el ánodo hasta el cátodo y viceversa.
Por el contrario, el electrolito de las baterías de estado sólido es una sustancia sólida que no puede derramarse ni arder. Además, este electrolito sólido ayuda a reducir el peso de la batería, por lo que, en teoría, es una alternativa ideal.
"Pero en la práctica, los electrolitos de estado sólido disponibles hasta ahora, en su mayoría cerámicas oxídicas o compuestos a base de azufre, han demostrado ser incapaces de cumplir completamente con las expectativas", dice el profesor Thomas Fässler de la Cátedra de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) de Química Inorgánica con Enfoque en Nuevos Materiales.
Junto con su equipo y en estrecha colaboración con TUMint·Energy Research GmbH, está buscando electrolitos más eficientes. "El problema es que los iones de litio solo se difunden lentamente a través de materiales sólidos. Nuestro objetivo era comprender mejor el transporte de iones y luego utilizar este conocimiento para aumentar la conductividad".
Un polvo ligero se muestra prometedor
El resultado de sus esfuerzos es un polvo cristalino que es un conductor de iones de litio superior al promedio. No contiene azufre, sino fósforo, aluminio y una proporción comparativamente alta de litio.
Las mediciones de laboratorio han demostrado que esta clase de sustancia que antes se pasaba por alto tiene un alto nivel de conductividad. En un período de tiempo muy corto, los químicos crearon con éxito alrededor de una docena de nuevos compuestos relacionados que contienen, por ejemplo, silicio o estaño en lugar de aluminio. Esta amplia base de nuevos materiales permite optimizar rápidamente las propiedades de los materiales.
¿Y por qué estos materiales son tan buenos conductores de iones? "Para responder a esta pregunta, los procesos que tienen lugar dentro de los cristales deben hacerse visibles", explica Fässler.
"Pero eso no es posible con el equipo de laboratorio normal, porque los átomos de litio son muy livianos. Como resultado, no se pueden localizar exactamente usando radiación de rayos X".
Mayor detalle con haces de neutrones
La solución: haces de neutrones. "Los neutrones que tenemos del reactor de investigación hacen posible encontrar incluso los átomos más ligeros. Esto se debe a que los neutrones interactúan con los núcleos de los átomos y no con la capa atómica, como es el caso de la radiación de rayos X", dice el Dr. Anatoliy Senyshyn, que supervisa el difractómetro de polvo en el FRM II, que se utilizó para analizar el nuevo material electrolítico.
"En el pasado ya habíamos investigado una variedad de miembros de la nueva y diversa familia de conductores de iones de litio sólidos. Podemos usar la difracción de neutrones para visualizar cómo los iones usan el espacio libre en la red cristalina para moverse".
En la nueva clase de sustancias, estos espacios libres están dispuestos de tal manera que los iones pueden moverse igualmente bien en todas las direcciones.
Los polvos sintetizados son, por lo tanto, candidatos electrolíticos muy prometedores para futuras baterías de estado sólido, dice Fässler: "Nuestra investigación básica tiene el potencial de acelerar el desarrollo de baterías de mayor rendimiento".
Deja tu comentario
Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Todos los campos son obligatorios