Los investigadores de ETH Zurich han desarrollado una batería de iones de litio hecha enteramente de material sólido, es decir, no contiene líquidos ni geles. Esta composición garantiza que la batería no puede combustionar, incluso llevada a temperaturas extremas, lo que supone una ventaja de seguridad sobre las baterías convencionales. Además, permiten nuevas formas de diseño.
Las baterías de litio Lithium-ion son las elegidas para fuente de alimentación de dispositivos móviles gracias a que cuentan con una gran capacidad de almacenaje de energía en un espacio muy reducido. Además de los teléfonos móviles, ordenadores portátiles, e-motos y coches eléctricos están alimentados por este tipo de baterías.
Investigadores de ETH Zurich han desarrollado un tipo de batería que, a diferencia de las convencionales, consiste en su totalidad de compuestos químicos sólidos y no es inflamable.
Aunque la tasa de riesgo es mínima, existen casos de accidentes supuestamente provocados por este tipo de baterías, por lo que este desarrollo supone una mejora importante para la seguridad de cualquier usuario, incluidos todos los dispositivos IoT instalados en lugares remotos, en exteriores o con mínimo control y supervision de su funcionamiento.
Baterías sólidas y resistentes al calor
En las baterías de iones de litio convencionales, así como en la mayoría de otras baterías, los polos positivo y negativo —los dos electrodos— están fabricados de compuestos conductores sólidos y las cargas se mueven entre estos electrodos en un electrolito líquido o gel. Si una batería de carga de forma incorrecta (sobrecarga) o se expone demasiado tiempo al sol, el líquido o el gel pueden inflamarse o explotar. Por contra, en las baterías sólidas que se están desarrollando en laboratorios de investigación de todo el mundo, electrodos y electrolitos están hechos de un material sólido capaces de operar incluso sometidos a altas temperaturas o expuestos al aire.
Uno de los retos en el desarrollo de baterías de estado sólido consiste en conectar los electrodos y electrolitos de tal manera que las cargas pueden circular entre ellos con la menor resistencia posible. Los investigadores de ETH han desarrollado una interfase electrodo-electrolito mejorada, construyendo en el laboratorio una batería de capas —semejante a un sandwich— con una capa de compuesto que contiene granate de litio (Lithium Garnet), que actúa como un electrolito sólido entre los dos electrodos.
El granate de litio es uno de los materiales con la conductividad más alta conocido para los iones de litio.
Durante la producción se aseguraron de que la capa del electrolito sólido obtenido tuviera una superficie porosa. Luego, los investigadores aplicaron el material del polo negativo en una forma viscosa para que se filtre en los poros. Por último, los científicos templaron la batería a 100 grados centígrados. Con un electrolito líquido o gel nunca sería posible calentar una batería a temperaturas tan altas. Gracias al truco con los poros, los investigadores fueron capaces de ampliar significativamente el área de contacto entre el polo negativo y el electrolito sólido, que en última instancia significa que la batería se puede cargar más rápido.
Más temperatura consigue más capacidad de la batería
Las baterías producidas como esta en teoría podrían funcionar a una temperatura ambiente normal, pero funcionan mejor a 95 grados centígrados sobre el estado de desarrollo actual. Esta característica podría ser objeto de un uso en plantas de energía sobrante, almacenando el excedente. Hoy en día, el calor residual que resulta de muchos procesos industriales se desvanece sin usar. Mediante la instalación de la batería en las plantas de energía de las instalaciones industriales, se podría utilizar el calor residual para operar la planta de energía de almacenamiento a temperaturas óptimas.
Más capacidad en menos espacio
Gracias a este electrolito sólido no sólo puede operar baterías a temperaturas más altas, sino también fabricar baterías de película delgada, que incluso se pueden colocar directamente en los chips de silicio. Estas baterías de película delgada podría revolucionar el suministro de energía de los dispositivos electrónicos portátiles. El siguiente paso inmediato es la optimización de la batería, con un enfoque particular en el incremento aún más la conductividad de la interfase electrodo-electrolito.
Fuente: ETH Zurich
