La pesadilla de los científicos de baterías son pequeñas cosas llamadas dendritas – diminutos picos de litio que pueden perforar las celdas de las baterías y provocar incendios o explosiones. Como las estalagmitas y estalactitas que se encuentran en las cuevas subterráneas, esas dendritas se hacen más grandes y fuertes con el tiempo, especialmente durante los ciclos de carga.
Las dendritas son una de las principales razones por las que los investigadores de baterías están luchando por inventar baterías de estado sólido, que tienen menos probabilidades de verse afectadas negativamente por ellas. Pero puede haber una forma mejor y más fácil de tratar el problema de las dendritas. Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, en colaboración con sus colegas de la Universidad Carnegie Mellon de Pittsburgh, afirman que la forma de conquistar las dendritas es una nueva clase de electrolitos suaves pero sólidos hechos tanto de polímeros como de cerámica. Estos electrolitos suprimen las dendritas antes de que puedan propagarse y causar que la batería falle. Su trabajo fue publicado recientemente en la revista Nature Materials.
«Nuestra tecnología de supresión de dendritas tiene implicaciones emocionantes para la industria de las baterías», dice el co-autor Brett Helms, un científico del Laboratorio de Fundición Molecular de Berkeley.
«Con ella, los fabricantes de baterías pueden producir baterías de metal de litio más seguras con una alta densidad de energía y una larga vida de ciclo». Añade que las baterías de litio-metal fabricadas con el nuevo electrolito también podrían utilizarse para alimentar aviones eléctricos.
Según el laboratorio de Berkeley, Helms dice que la clave del diseño de estos nuevos electrolitos blandos y sólidos es el uso de polímeros blandos de microporosidad intrínseca, o PIM, cuyos poros se llenaron con partículas cerámicas de tamaño nanométrico. Aquí está la parte importante. Debido a que el electrolito sigue siendo un material flexible, suave pero sólido, los fabricantes de baterías podrán producir rollos de láminas de litio con el electrolito como un laminado entre el ánodo y el separador de la batería.
Estos subconjuntos de electrodos de litio, o LESAs (lithium-electrode sub-assemblies), pueden ser sustitutivos en los ánodos de grafito convencionales, permitiendo a los fabricantes de baterías utilizar sus líneas de montaje existentes. Esa es una gran ventaja cuando se trata de mover los avances científicos del laboratorio a la producción comercial.
Estos y otros datos confirmaron las predicciones de un nuevo modelo físico para la electro-deposición del metal de litio que tiene en cuenta las características químicas y mecánicas de los electrolitos sólidos.
«En 2017, cuando la sabiduría convencional era que se necesitaba un electrolito duro, propusimos que es posible un nuevo mecanismo de supresión de dendritas con un electrolito sólido blando», dijo el coautor Venkat Viswanathan, profesor asociado de ingeniería mecánica y miembro de la facultad del Instituto Scott de Innovación Energética de la Universidad Carnegie Mellon, quien dirigió los estudios teóricos para el trabajo. «Es asombroso encontrar una realización material de este enfoque con compuestos PIM».
De acuerdo con el programa ARPA-E IONICS, 24M Technologies ya ha integrado estos materiales blandos pero sólidos en baterías de mayor formato que podrían utilizarse en EVs o en aviones eléctricos de despegue y aterrizaje vertical.
«Aunque existen requisitos de potencia únicos para los EVs y eVTOLs, la tecnología de electrolitos sólidos compuestos PIM (polymers of intrinsic microporosity) parece ser versátil y habilitante a alta potencia», dice Helms.
24M ha estado profundamente involucrado en la investigación y producción de baterías de estado semisólido durante varios años.
A finales del año pasado, Clean Technica informaba sobre los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champagne que también se centraron en el problema de las dendritas. El estudio decia: «Muchos (investigadores) están centrando su atención en los materiales sólidos como la cerámica o los polímeros. El inconveniente es que muchos de esos sólidos son rígidos y quebradizos, lo que resulta en un pobre contacto electrolítico-electrodo y una conductividad reducida».
La investigación de Lawrence Berkeley resuelve ese problema de fragilidad y, a diferencia de la solución que dieron los científicos de la Universidad de Illinois, está lista para la producción, o casi.
Figura 1. Avión VTOL de Joby Aviation.
Los aviones VTOL eléctricos son vistos como el siguiente paso en el transporte urbano libre de emisiones, con gigantes de la industria como Toyota haciendo importantes inversiones en compañías como Joby Aviation.
El director general de Toyota, Akio Toyoda, dijo en una declaración a principios de este año, «El transporte aéreo ha sido un objetivo a largo plazo para Toyota, y mientras continuamos nuestro trabajo en el negocio del automóvil, este acuerdo pone nuestras miras en el cielo. A medida que asumimos el reto del transporte aéreo junto con Joby, un innovador en el espacio emergente eVTOL, aprovechamos el potencial para revolucionar el transporte y la vida futura. A través de este nuevo y excitante esfuerzo, esperamos ofrecer libertad de movimiento y disfrute a los clientes en todas partes, en tierra y ahora, en el cielo.»
El electrolito suave pero sólido desarrollado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley podría contribuir en gran medida a hacer realidad ese sueño.
Noticia tomada de: Clean Technica / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade.com
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