Experimentan con nuevas baterías en estado sólido que pueden cargarse al 80% en nueve minutos
Los expertos de dos universidades están probando catalizar la química de las baterías de iones de litio a través del fósforo para que tengan una densidad mayor. Las primeras pruebas dan como resultado la rapidez en su recarga. Aun así, todavía está en proceso de verificación.
Texto original de Cat Dow
Los profesores de China y California se han dopado. No en el sentido de "atleta de competición", no: han estado aplicando métodos novedosos para catalizar la química de las baterías de iones de litio de estado sólido y ha funcionado. Sus pilas se cargan de manera fiable al 80 por ciento en sólo nueve minutos y podrían augurar un futuro más brillante para las baterías de los coches eléctricos.
Y prepárate: será necesario sumergirse en una piscina muy profunda de lenguaje científico, nadar alrededor de este cambio fundamental y alejarse de esta analogía cada vez más tortuosa.
En todos los materiales que probaron los investigadores descubrieron que un ánodo de fósforo dopado con azufre acoplado a un cátodo de óxido de cobalto y litio dio los mejores resultados. En un lenguaje que se puede entender, una batería con una densidad energética de 302 Wh/kg recuperó el 80 por ciento de su carga en menos de diez minutos.
Para ponerlo en contexto, la celda Panasonic 21.700 utilizada en el Tesla Model 3 tiene una densidad de energía gravimétrica de 253 Wh/kg, que se puede recargar al 80 por ciento en aproximadamente 25 minutos. ¿Casi media hora reducida a menos de diez minutos? Es hora de hacer sonar la alarma para cambiar de rumbo.
Para entender mejor exactamente qué química produce este tipo de salto, pongamos a prueba tus conocimientos básicos. Ya sabes que una batería tiene un cátodo, un ánodo y un electrolito*, ¿no? Excelente.
Por lo general, las baterías de iones de litio para vehículos eléctricos actuales están hechas de una combinación de litio, níquel, manganeso y cobalto (Li-NMC) o de una combinación de litio, hierro y fosfato (LFP), que son los elementos que se encuentran en el cátodo. Los ánodos suelen estar hechos de grafito, silicio y, más recientemente, los laboratorios han estado estudiando los de fósforo.
El electrolito es líquido o (en un futuro muy cercano) sólido, y está presente para ayudar a que los iones de litio se desplacen. También debes comprender que la presencia de cobalto y manganeso está ahí para ayudar a estabilizar la reacción química entre otros elementos. Como el árbitro en una pelea de boxeo de peso pesado, dejan que la acción suceda, pero mantienen las cosas bajo control.
De todos modos, al publicar sus hallazgos "que cambiaron el paradigma" en el Journal of American Chemical Studies, los científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) y la Universidad de California utilizaron "dopaje heteroatómico" en un proceso llamado "electrocatálisis". Suena como una noche de viernes muy divertida, ¿no?
Tradicionalmente, esa versión de catálisis solo se ha utilizado cuando hay un electrolito gaseoso o líquido, y muy raramente uno de estado sólido. Ya no es así. El método fundamental de "dopaje heteroatómico" ideado por estos expertos inyectó boro en un electrodo de silicio y azufre en uno de fósforo, en una batería con un electrolito sólido.
La adición de esos elementos debilitó los enlaces entre los átomos y permitió que los iones de litio se unieran a la fiesta más rápido. Y lo que eso significa para nuestras diminutas mentes es, básicamente, una carga realmente rápida.
Verás, los fuertes enlaces del material del electrodo son lo que ralentiza la recarga, es decir, la litiación (que en lenguaje científico significa "convertirse en ion-litio") es más difícil. Obviamente, todo esto es cosa de laboratorio y es mucho más difícil ampliarlo y ponerlo en práctica en el mundo real, pero es útil saber que alguien valora tu tiempo, ¿verdad?
Nota del electrolito*: Y un separador, sí, sí, gracias, aunque recuerda que en las baterías de estado sólido el electrolito, que está hecho de vidrio, polímero o cerámica, también puede actuar como separador. De nada...