Baterías de litio a la carga

Baterías de litio a la carga

Los investigadores han mostrado células que se pueden recargar en segundos.
Geoff Brumfiel

[Los electrodos recubiertos permiten a las células de iones de litio recargarse en segundos. Getty]

Dos investigadores han desarrollado células de batería que se recargan en menos tiempo de lo que se tarda en leer las dos primeras frases de este artículo. Eventualmente este trabajo podría producir unidades superrápidas de energía para todo, desde ordenadores portátiles hasta vehículos eléctricos.

Byoungwoo Kang y Gerbrand Ceder, del Instituto Tecnológico de Massachusetts, en Cambridge, han encontrado un modo de conseguir que el litio común libere iones de litio en segundos. Este compuesto, que ya se está usando en los electrodos de algunas baterías comerciales de iones de litio, puede hacer que las baterías de los portátiles se recarguen en aproximadamente un minuto. Este trabajo se ha publicado en Nature1 esta semana.

Las baterías de iones de litio son comunes en los dispositivos electrónicos, desde los teléfonos móviles hasta los vehículos híbridos. “Son esencialmente dispositivos que mueven los iones de litio entre electrodos”, afirmó Ceder. Las baterías generan una corriente eléctrica cuando los iones de litio fluyen desde el electrodo que los almacena, fluyen a través de un electrolito y se unen químicamente dentro del cátodo opuesto. Para recargar la batería, el proceso se invierte: los iones de litio se separan del compuesto catódico y quedan atrapados y almacenados en el ánodo.

La velocidad a la que se puede recargar la batería está limitada por la velocidad a la que se pueden mover los iones y electrones, especialmente a través de sus electrodos. Los investigadores han aumentado estas velocidades construyendo electrodos a partir de nanopartículas, remodelando sus superficies y usando aditivos como el carbón. Sin embargo, en la mayoría de las baterías de iones de litio, la recarga todavía tarda horas, en parte porque los iones de litio, una vez generados, se mueven muy lentamente desde el material catódico hasta el electrolito.

Visión en túnel
Este parece el caso del fosfato férrico de litio (LiFePO4), un material usado en el cátodo de un pequeño número de baterías comerciales. Sin embargo, Ceder y Kang realizaron algunos cálculos y se dieron cuenta de que este compuesto podría hacerlo mucho mejor. Su estructura cristalina crea “túneles con el tamaño perfecto para que el litio se mueva a través”, declaró Ceder. “Nos dimos cuenta de que se podrían alcanzar velocidades de recarga ridículamente altas.”

Entonces, ¿por qué nadie ha puesto en práctica esta recarga veloz? Ceder y Kang teorizan que los iones de litio tienen problemas para encontrar el camino a través de los túneles de esta estructura cristalina. Los autores han ayudado a los iones recubriendo la superficie de los cátodos con una fina capa de cristal de fosfato de litio, que se sabe que es un excelente conductor del litio. Al probar su nuevo cátodo recubierto, encontraron que se podía cargar y descargar en tan sólo 9 segundos.

“Hasta donde sé, es lo más rápido que se ha conseguido hasta ahora para este material”, comentó Peter Bruce, químico de la Universidad de St. Andrews, Reino Unido. Los investigadores no saben exactamente cómo el cristal ayuda a la transferencia de los iones de litio entre el electrolito y el cátodo.

Otros materiales, como el óxido de níquel, han conseguido velocidades de recarga similares, afirmó John Owen, químico de la Universidad de Southampton, Reino Unido. “Es una buena demostración del concepto en un sistema de litio”, declaró. Sin embargo, el litio puede almacenar más energía en menos peso que los compuestos de níquel y mantiene mejor la carga.

Esto es particularmente importante porque el fosfato férrico de litio ya se está usando comercialmente, añadió Bruce. Aumentar la velocidad del movimiento del os iones de litio mejorará enormemente la recuperación de energía de los vehículos híbridos, que recargan sus baterías cuando el vehículo frena, un proceso que sólo dura unos segundos. Eventualmente también podría conllevar la producción de vehículos totalmente eléctricos que se podrían recargar razonablemente rápido.

Ceder afirmó que cree que las mejoras en el diseño permitirán a los investigadores encontrar otros candidatos para las baterías ultrarrápidas. “Mi apuesta es que ahí fuera hay más materiales como éste”, declaró.