Todo sobre las baterías de los coches eléctricos

Todo sobre las baterías de los coches eléctricos

Los investigadores han descubierto un nuevo material de batería de alto rendimiento y seguridad (LTPS) capaz de acelerar la carga y descarga a un nivel nunca antes observado. 

Prácticamente, si se confirman las primeras pruebas, este nuevo material podría usarse en las baterías del futuro con un mejor almacenamiento de energía, una carga y descarga más rápidas y una mayor seguridad dirigida a muchos usos desde teléfonos inteligentes, bicicletas eléctricas y automóviles.

Las fuentes de energía renovables, como la eólica o la fotovoltaica, son intermitentes. Los picos de producción no siguen necesariamente los picos de demanda. 

Por lo tanto, almacenar energía verde es esencial para alejarse de los combustibles fósiles. La energía producida por las células fotovoltaicas se almacena durante el día y por la energía eólica cuando sopla el viento para ser utilizada más tarde cuando sea necesario.

¿Baterías de alto rendimiento?

La tecnología Li-ion es actualmente la mejor tecnología para el almacenamiento de energía basado en baterías. 

Las baterías de iones de litio se utilizan en dispositivos electrónicos pequeños (teléfonos inteligentes, computadoras portátiles) y son las mejores opciones para automóviles eléctricos. 

¿Su inconveniente? Las baterías de iones de litio pueden incendiarse, por ejemplo, debido a un problema de fabricación. Esto se debe en parte a la presencia de electrolitos orgánicos líquidos en las baterías actuales. Estos electrolitos orgánicos son necesarios para la batería pero altamente inflamables.

¿La solución? Cambiar de un electrolito líquido inflamable a uno sólido (es decir, pasar a baterías de “todo estado sólido”).

Este es un paso muy difícil ya que los iones de litio en los sólidos son menos móviles que en los líquidos. Esta movilidad más baja limita el rendimiento de la batería en términos de carga y velocidad de descarga.

El descubrimiento realizado por UCLouvain

Los científicos han estado buscando materiales que puedan habilitar estas futuras baterías de estado sólido. Los investigadores de UCLouvain descubrieron recientemente dicho material.

¿Su nombre? LiTi2 (PS4) 3 o LTPS. Los investigadores observaron en LTPS el coeficiente de difusión de litio más alto (una medida directa de la movilidad de litio) jamás medido en un sólido.

LTPS muestra un coeficiente de difusión mucho más alto que los materiales conocidos. Los resultados se publican en la revista científica Chem de Cell Press.

Esta movilidad de litio proviene directamente de la estructura cristalina única (es decir, la disposición de los átomos) de LTPS.

La comprensión de este mecanismo abre nuevas perspectivas en el campo de los conductores de iones de litio y, más allá de LTPS, abre una vía hacia la búsqueda de nuevos materiales con mecanismos de difusión similares.

Los investigadores necesitan más estudios y mejorar el material para permitir su comercialización futura.

Sin embargo, este descubrimiento es un paso importante en la comprensión de los materiales con una movilidad de iones de litio extremadamente alta que, en última instancia, son necesarios para el desarrollo de las baterías “de estado sólido” del futuro.

Estos materiales, incluido el LTPS, podrían terminar siendo utilizados en muchas de las tecnologías que usamos en nuestra vida diaria, desde automóviles hasta teléfonos inteligentes.

Esta investigación se realizó en colaboración con Toyota, que apoyó científica y financieramente el estudio. Se ha presentado una patente que enumera a los investigadores de UCLouvain como inventores.

Características de las baterías de azufre

Se han investigado las características de carga y descarga de las baterías de litio con cátodos compuestos de azufre. 

Los compuestos de azufre mostraron nuevas características electroquímicas.

El análisis de la capacidad diferencial indicó que el proceso de descarga mostró dos mesetas de voltaje de 2.10 V y 1.88 V, y el proceso de carga también presentó dos mesetas de voltaje de 2.22 V y 2.36 V. 

La prueba de sobrecarga mostró que el compuesto no puede cargarse por encima de 4.0 V, el voltaje siempre se detuvo a aproximadamente 3.9 V durante la carga, lo que indica que el compuesto presenta la seguridad intrínseca para la sobrecarga de las baterías de litio.

 La sobrecarga puede causar serios problemas de seguridad para las baterías de iones de litio convencionales. 

La prueba de sobrecarga también mostró que las baterías con compuesto de azufre se destruyeron cuando el voltaje de corte superior fue superior a 3,6 V. Sin embargo, el compuesto presentó una buena capacidad reversible después de que se descargó profundamente incluso a 0 V.

Asimismo mostró una capacidad de ciclo estable y un alto ciclo capacidad de 1000 mAh g − 1 cuando se realiza un ciclo entre 0.1 V y 3.0 V, indicativo de las diferentes características de los materiales de cátodos de óxido convencionales. La batería de polímero prototipo con el material de cátodo compuesto presentaba una densidad de energía de 246 Wh kg − 1 y 401 Wh L − 1.

Características de las baterías de electrolito

El electrolito sirve como catalizador para hacer que una batería sea conductora al promover el movimiento de iones desde el cátodo al ánodo en carga y en reversa en la descarga. Los iones son átomos cargados eléctricamente que han perdido o ganado electrones. 

El electrolito de una batería consiste en sales solubles, ácidos u otras bases en formatos líquidos, gelificados y secos.

El electrolito también viene en un polímero, como se usa en la batería de estado sólido, cerámica sólida y sales fundidas, como en la batería de sodio-azufre.