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Miércoles, 19 agosto 2015
Ingeniería

Salto impresionante en la longevidad de las pilas eléctricas

Una investigación ha abierto las puertas a una nueva clase de pilas eléctricas recargables con una vida útil asombrosamente larga, al poderse recargar cientos de miles de veces.

 

Para un teléfono móvil, un ordenador portátil, un automóvil eléctrico, y muchos otros aparatos, recargar las baterías es una operación que se realiza con mucha frecuencia. Cada vez que se completa un ciclo de carga y descarga, se acorta la vida útil de la batería, y usualmente la cantidad de ciclos que una batería puede soportar antes de que su capacidad merme demasiado como para seguir cumpliendo su función no suele llegar al millar.

 

Ahora, respaldados por la empresa Samsung con sede en Corea del Sur, unos investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, la Universidad de California en San Diego y la Universidad de Maryland, todas estas instituciones en Estados Unidos, han adoptado un nuevo enfoque tecnológico para revolucionar uno de los tres componentes básicos de la batería o pila eléctrica: el electrolito. Esta línea de investigación y desarrollo se basa en la idea de que un electrolito sólido, en vez de líquido como lo son los usados actualmente en las pilas recargables comunes, podría aumentar de manera espectacular la vida útil de la batería, incrementar la cantidad de energía almacenada en un espacio dado, y además mejorar la seguridad de la pila, evitando peligrosos sobrecalentamientos.

 

El electrolito en las baterías de ion-litio, usadas comúnmente en infinidad de aparatos, desde teléfonos móviles a coches eléctricos, acostumbra a ser un disolvente orgánico líquido cuya función es transportar partículas cargadas de uno de los dos electrodos de la batería al otro, durante la carga y la descarga. Este electrolito ha sido responsable de sobrecalentamientos que en algunos casos, aunque pocos afortunadamente, han provocado incendios. Otros equipos de investigación han intentado encontrar un sustituto sólido para el electrolito líquido, pero el equipo de Yan Wang y Gerbrand Ceder, del MIT, es el primero en mostrar que esto puede hacerse en una fórmula que satisfaga completamente las necesidades de las aplicaciones de las baterías.

 

Los electrolitos de estado sólido, debidamente diseñados, podrían marcar un antes y un después en la historia de la tecnología, al permitir la creación de lo más parecido a la batería perfecta, con importantes mejoras en vida útil, seguridad y coste.

 

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La ilustración muestra la estructura cristalina característica de la clase de materiales con que ha trabajado el equipo de Wang y Ceder. La “columna vertebral” del material es una distribución cúbica de aniones de azufre, centrada en el cuerpo. Los átomos de litio se muestran de color verde, y los de azufre en amarillo. (Foto: Yan Wang)

 

El litio no es inflamable en el estado en que se halla en estas baterías. El electrolito sólido tampoco entraña problemas de seguridad de ese tipo. Le ocurra lo que le ocurra a la pila, no se inflamará.

 

Con un electrolito de estado sólido, la incidencia de las reacciones químicas de degradación es insignificante, lo que significa que dichas baterías podrían durar cientos de miles de ciclos.

 

La clave para hacer esto viable fue encontrar materiales sólidos que pudieran conducir iones lo bastante rápido como para ser útiles en una batería. Existía la creencia de que los sólidos no pueden conducirlos lo bastante deprisa, pero ese paradigma ha sido ahora derribado.

 

El equipo de investigación pudo analizar los factores que dan lugar a la conducción eficiente de iones en sólidos, y centrarse en compuestos que mostraban las características adecuadas. Los hallazgos iniciales se centran en una clase de materiales que son compuestos de litio, germanio, fósforo y azufre, pero los principios desvelados en esta investigación podrían llevar a materiales incluso más efectivos.

 

El electrolito de estado sólido posibilita incluso almacenar más energía en una cantidad de espacio determinada que la almacenable mediante los electrolitos tradicionales.). Las baterías con el nuevo electrolito proporcionan de un 20 a un 30 por ciento de aumento en dicha capacidad de almacenamiento, con un incremento correspondiente en el tiempo durante el cual una batería de un determinado tamaño podría energizar un teléfono, un ordenador o un automóvil.

 

Este electrolito de estado sólido posee otros rasgos útiles inesperados: mientras que las baterías de ion-litio convencionales no tienen un buen rendimiento en un frío extremo, y necesitan ser precalentadas cuando se hallan a temperaturas bastante por debajo de cero grados, las versiones con electrolito sólido aún pueden funcionar bien a esas temperaturas tan bajas.

 

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