Durante muchos años, las baterías de iones de litio han sido la solución ideal para almacenar energía tanto para la tecnología móvil como para los vehículos eléctricos. Sin embargo, la ciencia lleva tiempo buscando una solución mejor, más barata, más liviana y más eficiente. La respuesta parece estar en las baterías de litio-metal con electrolito sólido. Esta tecnología permitiría duplicar la capacidad de las baterías de los vehículos eléctricos, y por lo tanto doblar su autonomía, aumentando la seguridad y reduciendo sensiblemente el precio de compra.
Actualmente, las baterías de litio cumplen con su cometido en todas aquellas aplicaciones en las que se utilizan. Sin embargo, uno de sus hándicaps es su coste, siendo este efecto mucho más importante en los vehículos eléctricos. Estos precisan baterías muy grandes, que puedes representar el 30 o el 40 por ciento del coste de producción, lo que se traslada directamente al precio final de compra. Si bien con el tiempo y el ahorro en costes de combustible y mantenimiento el coste total de propiedad se equipara o se reduce respecto a un vehículo de combustión, ese precio inicial es una barrera infranqueable para muchos compradores. Por lo tanto, la reducción del coste de la batería es clave para la adopción general de los vehículos eléctricos.
Y aquí es donde se abren paso las nuevas tecnologías. Lograr la mejora de la densidad combinada con una reducción de costes, todo ello sin perder seguridad, es un puzle complejo de resolver. Las baterías de litio-metal con electrolito en estado sólido son la opción más considerada por los investigadores.
Módulo prismático de batería
¿Por qué es mejor el litio metal que el ion-litio?
En lugar de grafito, el ánodo de las baterías de litio-metal (LMB) está formado por una fina capa de litio metálico al que acompañan un cátodo de alta energía y un electrolito estable que se sitúa entre ambos electrodos. Las dendritas que se forman entre los electrodos consumen el electrolito, reducen el rendimiento, su vida útil y su seguridad, ya que pueden llegar a causar un cortocircuito. Todos estos inconvenientes no permiten su empleo en los coches eléctricos. Sin embargo, estas baterías tienen el doble de capacidad que las mejores baterías actuales de iones de litio lo que, a igualdad de peso, les da el potencial de duplicar la autonomía de los vehículos eléctricos que las implementen.
Para eliminar las dendritas la clave está en lo que ocurre entre los electrodos a la hora de descargar y cargar la batería. Los electrolitos poliméricos que se emplean en las baterías de iones de litio son flexibles y baratos, pero tienen muy baja conductividad, mientras que los electrolitos cerámicos son buenos conductores pero son muy frágiles.
Un estudio realizado recientemente por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, perteneciente al Departamento de Energía de EEUU concluye, como ya lo han hecho otras investigaciones, que la solución está en crear un electrolito muy potente y muy delgado formado por un polímero (un plástico) y un compuesto a base de cerámica, que logran obtener lo mejor de ambos mundos. El resultado es una batería de bajo coste, alta conductividad, que no sacrifica la resistencia mecánica y que aumentan la seguridad. Sin embargo, unir estos dos materiales no es fácil. No es posible mezclarlos ni triturarlos para que se junten.
Formación de dendritas entre los electrodos de una batería
Para lograrlo ya hay varios equipos de investigación trabajando en ello. El de Oak Ridge han creado una infraestructura cerámica tridimensional cuyos pequeños huecos se rellenan con plástico. Un equipo de investigación de la Universidad pública de Penn State, en Pensilvania, ha desarrollado un nuevo compuesto polimérico que crear una interfase entre el electrolito sólido y el ánodo capaz de eliminar el consumo de electrolito. La Universidad de California, en San Diego, ha desarrollado un nuevo dispositivo emisor de ultrasonidos, capaz de eliminar las dendritas durante el proceso de recarga de la batería.
El potencial de esta tecnología
En 2017, el Departamento de Energía de EE. UU estimó que el precio de esta tecnología rondaba los 320 dólares/kWh, pero también tenía por delante un largo camino por recorrer en I+D. Según este organismo, su potencial de reducción de costes podía llegar hasta los 70-120 dólares/kWh. En ese mismo año, las baterías de iones de litio rondaban los 235 dólares/kWh y su potencial de reducción se estimaba hasta los 100-160 dólares/kWh.
