Las baterías de estado sólido no son algo nuevo; se postulan como las grandes alternativas a las baterías de litio que vemos en prácticamente todo electrodoméstico mínimamente portátil. Las de estado sólido son unas baterías experimentales que podrían aumentar significativamente la vida útil de los coches y smartphones por varias razones.

Los científicos del MIT no las han reinventado, pero sí han realizado de un avance importante en este campo que podría provocar que aparatos como los dispositivos móviles duren días sin necesitar de carga.

La clave estaría en un nuevo tipo de arquitectura presente en estas baterías que superaría algunas de las limitaciones de los diseños actuales de las baterías de iones de litio. Algunos resultados son sorprendentes y prometedores; aseguran que pueden soportar hasta 100 ciclos de carga y descarga sin sufrir ningún tipo de fractura.

Los problemas de las baterías

En las baterías de litio convencionales, nos encontramos con un electrolito líquido que sirve como medio a través del cuál los iones de litio viajan de un lado a otro entre el ánodo y el cátodo a medida que la batería se carga y descarga. Uno de los problemas que ya nos encontramos es el líquido, que es áltamente volátil y que puede provocar incendios como el que vimos en los Samsung Galaxy Note 7 (incendios, no explosiones).

Las baterías de estado sólido podráin reemplazar este electrolito líquido por un material sólido que no solo haría que las baterías fueran más seguras, sino que podría abrir la puerta a más posibilidades. El ánodo presente en las baterías de litio actuales está hecho de una mezcla de cobre y grafito, pero si se cambiara esa mezcla por litio puro, podría romper lo que el estudio publicado en 'Trends in Chemistry' llama "cuello de botella de densisdad de energía de la química actual de iones de litio".

Si bien es cierto que estos ánodos de litio puro prometen, necesitan la introducción de un electrolito sólido viable. En este apartado hay problemas, ya que a medida que la batería se recarga, los átomos se acumulan dentro del metal de litio, lo que hace que se expanda y se encoja durante el uso. Esto provoca que el metal se contraiga y que el contacto constante entre los materiales sea casi imposible, pudiendo romper por el camino el electrolito.

Este es el problema que la arquitectura del MIT podría solventar. Se trata de una combinación de materiales sólidos conocidos como conductores iónicos-electrónicos mixtos (MIEC) y aisladores de iones de litio y electrones (ELI). El MIT los incluyó en una arquitectura tridimensional en forma de panal, con una serie de tubos a nanoescala hechos de MIEC.

Estos tubos, a su vez, se infunden con metal de litio sólido para formar el ánodo de la batería. Ya que hay espacio adicional dentro de cada uno de estos tubos, el litio tiene espacio libre para expandirse y encogerse durante la carga y descarga. Se movería de forma muy parecida a cómo lo hace un material líquido pero manteniendo una estructura sólida durante todo el proceso de ciclos de carga y descarga.

Dentro del ánodo de panal, el ELI cubre las paredes de los tubos y actúa como un aglutinante entre ellos y el electrolito sólido. A medida que la batería se va cargando, las dimensiones del litio están completamente contenidas dentro de la estructura y no cambian. El ánodo de la batería es estable química y mecánicamente, mientras que el litio nunca pierde contacto eléctrico con el electrolito en cuestión.

Las pruebas son prometedoras

Las pruebas que han llevado a cabo desde el MIT son cuanto menos, prometedoras. Poniendo a prueba la arquitectura de estas baterías han podido llegar a 100 ciclos de carga y descarga sin sufrir ningún tipo de fractura en la estructura. Una vez afianzada esta estructura, la tecnología podría generar ánodos alternativos que presenten una cuarta parte de los diseños actuales pero manteniendo la capacidad de almacenamiento.

Según las cifras que da el MIT, esta estructura (combinada con otros diseños para los cátodos) podría provocar que los smartphones de hoy en día necesitaran cargarse una vez cada 3 días, sin sacrificar por el camino ni tamaño ni peso.

Via | Nature Energy

Origen | MIT News