Las actuales baterías de iones de litio suelen emplear un ánodo de grafito, pero los fabricantes han intentado durante largo tiempo sustituir el grafito por un ánodo de silicio. La razón es que, en teoría, el ánodo de silicio puede albergar hasta diez veces más energía que uno de grafito. La compañía Enevate ha desarrollado un ánodo de silicio puro con el que se consiguen cargas ultra rápidas y que, aplicado en baterías para coches eléctricos, podría suponer conseguir 400 km de autonomía en sólo cinco minutos.
Cuando una batería de iones de litio se carga, los iones de litio se mueven del cátodo al ánodo. Cuantos más iones pueda contener el ánodo, mayor será su capacidad de energía y más tiempo podrá funcionar la batería. En teoría, un ánodo de silicio puede contener diez veces más energía que uno de grafito, aunque también tiene la desventaja de ser menos duradero (lo que equivale a menos ciclos de carga y descarga).
Algunos fabricantes como Tesla y Panasonic añaden una pequeña cantidad de silicio al polvo de grafito; el polvo se mezcla con un material pegajoso llamado aglutinante y se recubre con una fina lámina de cobre para formar el ánodo. Sin embargo, los iones de litio pueden reaccionar antes con el silicio que con el grafito. Según Enevate, el silicio sigue expandiéndose y contrayéndose bastante, y el aglutinante no es lo suficientemente fuerte para controlarlo, por lo que lo más probable es que todo el electrodo se degrade al aumentar la cantidad de silicio.
Para solucionar este problema, en lugar de utilizar grafito y aglutinantes de plástico, Enevate ha patentado una película porosa de 10 a 60 µm de espesor hecha mayoritariamente de silicio puro, colocada sobre una lámina de cobre. Estas películas porosas no solamente son más delgadas, sino que además pueden contener más iones de litio y moverlos de manera más rápida. Aplicado en un vehículo eléctrico, se puede conseguir un 30 por ciento más de autonomía con una sola carga respecto a las baterías actuales.
Capas de una celda convencional (izquierda) frente a la celda patentada por Enevate (derecha) con ánodo de silicio puro, más delgada.
Enevate asegura que las baterías pueden cargar hasta el 75 por ciento de su capacidad en cinco minutos, sin generar excesiva degradación, lo cual permitiría conseguir en un coche eléctrico unos 400 km de autonomía con cinco minutos de carga.
Según sus creadores, la capa protectora evita que el silicio reaccione con el electrolito; no obstante, esta tecnología también acaba sufriendo degradación con el tiempo. A todo lo anterior hay que añadir que las baterías son económicas, pues no necesita silicio de alta calidad, así que los ánodos de este tipo cuestan menos que sus homólogos de grafito a igualdad de capacidad.
Al unir el ánodo de silicio con materiales catódicos convencionales como el níquel, el cobalto o el manganeso, han conseguido celdas de batería con densidades energéticas de 350 Wh/kg. Para ponerlo en perspectiva con un modelo actual, la batería de un Renault ZOE actual (cuyas celdas están fabricadas por LG Chem) tienen una densidad energética de 159,5 Wh/kg.
Desde la compañía, con sede en California (Estados Unidos), apuntan que están preparados para producir ánodos de silicio en grandes volúmenes, y han anunciado que están en conversaciones con varios grandes fabricantes de coches para poder introducir sus baterías en coches de serie hacia el año 2024 o 2025.
