Un nuevo material derivado de la madera podría
allanar el camino hacia unas mejores baterías y más seguras.
En comparación con los sistemas tradicionales de baterías de iones de litio, las baterías de
estado sólido podrían lograr una mayor seguridad y una mayor densidad
energética. Sin embargo, los actuales conductores de iones sólidos no
satisfacen los rigurosos requisitos del funcionamiento de las baterías.
Un
equipo de investigación de la Universidad de Brown y la Universidad de Maryland
ha desarrollado un nuevo material para su uso en baterías de estado sólido que
se deriva de los árboles.
Los
investigadores demuestran un conductor iónico sólido que combina cobre con
nanofibrilas de celulosa, que son tubos de polímero derivados de la madera.
Este
material tan fino como el papel presenta una conductividad entre 10 y 100 veces
mejor que la de otros conductores iónicos poliméricos.
Los
investigadores afirman que podría utilizarse como electrolito de una batería
sólida o como aglutinante conductor de iones para el cátodo de una batería de
estado sólido.
Las
actuales baterías de iones de litio utilizan electrolitos hechos de sal de
litio disuelta en un disolvente orgánico líquido. A altas corrientes, pueden
formarse diminutos filamentos de metal de litio -dendritas- en el electrolito
que provocan cortocircuitos. Los electrolitos líquidos se fabrican con
productos químicos inflamables y tóxicos, que pueden incendiarse si el
dispositivo entra en cortocircuito.
Los electrolitos sólidos pueden fabricarse con materiales no inflamables,
tienen el potencial de evitar la penetración de dendritas y podrían abrir
posibilidades totalmente nuevas en torno a la arquitectura de las baterías.
Muchos de los electrolitos sólidos investigados hasta ahora están hechos de
materiales cerámicos, que son excelentes conductores de iones, pero también son
gruesos, rígidos y frágiles. Son muy eficaces en la conducción de iones, pero
no resisten bien las tensiones durante la fabricación y la carga y descarga, lo
que provoca grietas y roturas.
Sin
embargo, el nuevo material presentado en el estudio es delgado y flexible, casi
como una hoja de papel, y su conductividad de iones está a la altura de la
cerámica. El estudio de modelización reveló que el cobre aumenta el espacio
entre las cadenas de polímeros de celulosa, lo que crea superautopistas de
iones, permitiendo que los iones de litio viajen con una eficiencia récord.
Al incorporar cobre
con nanofibrillas de celulosa unidimensionales, demostramos que la celulosa,
normalmente aislante de iones, ofrece un transporte de iones de litio más
rápido dentro de las cadenas de polímeros. De hecho, descubrimos que este
conductor de iones alcanzó un récord de conductividad iónica entre todos los
electrolitos poliméricos sólidos.
Liangbing Hu, profesor del Departamento de Ciencia
e Ingeniería de los Materiales de la Universidad de Maryland.
Los
investigadores también afirman que tiene la estabilidad electroquímica
necesaria para alojar un ánodo de litio-metal y cátodos de alto voltaje o que
podría actuar como material aglutinante que encapsule cátodos funcionales ultra
gruesos en baterías de alta densidad.
Los iones de litio
se mueven en este electrolito sólido orgánico a través de mecanismos que
normalmente encontramos en la cerámica inorgánica, lo que permite una
conductividad iónica récord. El uso de materiales que proporciona la naturaleza
reducirá el impacto global de la fabricación de baterías en nuestro medio
ambiente.
Liangbing Hu
Tienen
la esperanza de que el nuevo material pueda ser un paso hacia la introducción
de la tecnología de las baterías de estado sólido en el mercado global.
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