Los materiales más importantes que determinan la vida útil de una batería y la velocidad de carga de los vehículos eléctricos que son los que conforman el ánodo. Los fabricantes coreanos de baterías, una industria de gran importancia en el país asiático, se han comprometido a encontrar formas "revolucionarias" para aumentar la capacidad de la batería mediante la introducción de nuevas tecnologías y materiales para el ánodo. Pero las investigaciones van incluso más allá, llegando a bautizar las últimas baterías que está siendo desarrolladas como "baterías sin ánodo" ¿Es esto cierto? ¿Se pueden llegar a eliminar por completo los materiales del ánodo?
Un equipo de investigación de la Universidad coreana de POSTECH (Pohang University of Science and Technology) ha desarrollado baterías de litio "sin ánodo" con un rendimiento excepcional con cada recarga. Los trabajos han sido dirigidos por el profesor Soojin Park y el candidato a doctorado Sungjin Cho (del departamento de química) en colaboración con el profesor Dong-Hwa Seo y el Dr. Dong Yeon Kim (Escuela de Ingeniería Química y Energética) en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST). El estudio publicado recientemente en Advanced Functional Materials fue financiado por el proyecto Alchemist.
Esta batería sin ánodo alcanza una densidad de energía volumétrica de 977 Wh/l, un 40 % más alta que las baterías convencionales que alcanzan cifras de 700 Wh/l. Según los investigadores esto significa que la batería puede funcionar durante 630 kilómetros con una sola carga.
Generalmente, en las baterías de litio la estructura de los materiales del ánodo cambia a medida que los iones de litio fluyen hacia él durante la carga o lo abandonan y se depositan en el cátodo durante la descarga. Estos cambios estructurales son la razón por la que la capacidad de la batería se degrada con el tiempo. Por eso, la investigación se planteó la posibilidad de cargarla y descargarla únicamente mediante un colector de corriente de ánodo desnudo, sin materiales. De esta manera, la densidad de energía, que determina la capacidad de la batería, aumentaría. Sin embargo, este método tiene una debilidad crítica. Provoca un aumento significativo del volumen del ánodo y reduce el ciclo de vida de la batería. Este hinchamiento se produce porque no es posible tener un almacenamiento estable de litio en el ánodo.
Para superar este problema, el equipo de investigación logró desarrollar una batería sin ánodo en un electrolito líquido a base de carbonato de uso común mediante la adición de un sustrato conductor de iones. El sustrato no solo forma una capa protectora del ánodo, sino que también ayuda a minimizar la expansión masiva del ánodo. El estudio muestra que, en el electrolito líquido a base de carbonato, la batería mantuvo una alta capacidad de 4,2 mAh/cm2 y una alta densidad de corriente de 2,1 mA/cm2 durante un largo período. También se demostró tanto teórica como prácticamente mediante experimentos, que estos sustratos pueden almacenar el litio.
La calificación de la celda como "sin ánodos" no es una afirmación técnicamente correcta, puesto que la celda conserva un polo positivo y otro negativo. Con este apelativo se trata de indicar que el ánodo no está fabricado con grafito, por lo que elimina la necesidad de utilizar un equipo clásico de producción para procesar este material. En realidad, el ánodo está formado por un metal. Dado que tal ánodo de metal es mucho más fácil de producir que los ánodos revestidos de grafito o de silicio, la eliminación de estas instalaciones de producción contribuye significativamente a la reducción de los costes
Además, lo que llama aún más la atención es que el equipo también comprobó con éxito el funcionamiento de estas semiceldas en una batería de electrolito sólido a base de sulfuro de argirodita. Según los investigadores este resultado ayudará a la aceleración de la comercialización de baterías no explosivas ya que mantiene una alta capacidad durante períodos más prolongados.
