Nueva estructura permite a las baterías de iones de litio cargarse más rápidamente

Artículo original escrito por Joey Peters el 22 de marzo de 2011 y publicado en Scientific American.

Una nueva tecnología podría crear un tiempo de carga más rápido para las baterías de iones de litio.

Un grupo de investigación de la Universidad de Illinois ha desarrollado una tecnología que puede tener implicaciones para los vehículos eléctricos (VEs) y otros dispositivos electrónicos.

El grupo, liderado por Paul Braun, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería, ha aparecido con una tecnología que crea un tiempo de recarga más rápido para las baterías de ión-litio, que alimentan dispositivos electrónicos como teléfonos móviles, ordenadores portátiles y desfibriladores. Las baterías de ión-litio también alimentan los VEs, que pueden pasarse toda la noche en carga en casa y hasta una hora en las estaciones de VEs.

Los hallazgos de Braun, publicados la semana pasada en una versión on-line de la revista Nature Nanotechnology, podría llevar a un tiempo de carga de los VEs comparable al del llenado de un depósito de gasolina. Objetos menores, como teléfonos móviles, podrían cargarse en menos de un minuto, comenta Braun.

“Tenemos baterías en el laboratorio que se pueden cargar en diez segundos”, señala.

Cuando una batería se carga, la energía se mueve entre su cátodo y ánodo. Cuando una batería alimenta un producto, o se descarga, la energía se mueve en dirección contraria, entre su ánodo y cátodo. El grupo de Braun llegó a una nanoestructura tridimensional para el cátodo de la batería que permite que las mismas se cargue a un ritmo mucho más rápido que las convencionales.

Las baterías recargables convencionales de ión-litio o níquel-hidruro metálico contienen material activo que se coloca en una fina película. Esta película permite que las baterías se carguen y recarguen rápidamente, pero con el coste de un significativo degradado con el paso del tiempo. Debido a su finura, la película no permite mucho almacenamiento de energía. Esta falta de densidad provoca un degradado rápido.

El invento de Braun es envolver la película alrededor de una estructura 3-D que permite una mayor capacidad de almacenamiento de energía mientras que se sigue cargando y recargando rápidamente. La estructura 3-D se ensambla cubriendo la superficie con diminutas esferas. El espacio entre las esferas se rellena con metal. Ambas se fusionan entonces, dejando una superficie porosa, similar a una esponja. Luego, se agrandan los poros y la estructura se recubre con la película fina.

La nanoestructura no es inmune a la degradación, pero este proceso es prolongado debido a que su eficiencia es 10 veces mayor que en las baterías convencionales, comenta Braun. También espera que esta mayor eficiencia permitirá a las baterías de VEs funcionar mejor a bajas temperaturas, aunque su grupo no ha realizado aún estudios para verificar esto.

Lograr  que las baterías de un VE se carguen tan rápido como se rellena un depósito de gasolina requiere de una infraestructura distinta a la que existe actualmente, comenta. Las estaciones de recarga tendrán que ofrecer suficiente energía, pero Braun dice que el desarrollo de tal tecnología finalmente crearía un incentivo para ello.

Aunque la nanoestructura hace que las baterías sean un 20 o 30 por ciento más densas, Braun comenta que la mayor mejora es la rapidez en la carga.

El grupo de Braun trabajó durante aproximadamente dos años en la nanoestructura. Dado que la nanoestructura se aplica al cátodo de la batería, comenta, el siguiente paso es estudiar mejoras en el ánodo, junto con un mayor incremento de la densidad en la batería.

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija.