Las baterías de litio se componen de dos electrodos, ánodo y cátodo, separados por electrolito por el que viajan los iones. La estructura del ánodo sobre la que se depositan estos iones suele estar fabricada en un compuesto de grafito, mientras que el cátodo está hecho de un óxido de metal. Ambos se recubren con láminas metálicas, generalmente de cobre para el ánodo y de aluminio para el cátodo, que se encargan de recoger la corriente generada. En las baterías actuales, el electrolito es un líquido o un gel. Precisamente, los electrolitos sólidos son una de las grandes promesas tecnológicas para superar los inconvenientes que tiene el electrolito líquido.
Científicos de la Universidad de Texas en Austin han descubierto la manera de hacer realidad los importantes beneficios que aportan estos electrolitos, como la mayor capacidad energética o el incremento de la seguridad: deshacerse del ánodo.
La razón técnica por la que los electrolitos cerámicos de las baterías de estado sólido pueden almacenar más energía en el mismo peso o espacio se debe a que son más compactos que los líquidos o los geles. El hecho de que se trate de materiales que no son inflamables es la causa de su mayor seguridad.
Su hándicap está en un ciclo de vida muy corto debido al desarrollo de dendritas, formaciones similares a ramas que se extienden entre los electrodos. Estas penetran a través de grietas que se crean en el electrolito sólido llegando a producir un cortocircuito. Hoy en día, gran parte del desarrollo de baterías de estado sólido tiene como objetivo resolver este problema.
Algunas de las investigaciones se centran en mejorar los materiales con los que se fabrican los electrolitos: una posibilidad es utilizar electrolitos a base de sulfuro por la mayor densidad de energía que pueden alcanzar. Sin embargo, estos tienden a reaccionar con los electrodos, generando compuestos que impiden el flujo de electrones dentro de la batería.
Una dirección diferente
Los investigadores de la Universidad de Texas en Austin han tratado de resolver este inconveniente eliminando de la ecuación uno de los electrodos. Para ello, reemplazaron el ánodo de grafito manteniendo únicamente la lámina de cobre que hace las veces de colector de corriente. Al eliminar la mitad del material de la batería, también lograron reducir los costes de fabricación. Sin embargo, las baterías de estado sólido sin ánodo todavía mantienen el mismo problema: la formación de dendritas, ya que se cargan y descargan repetidamente.
Al cubrir el colector de corriente de cobre con una capa ultrafina de telurio activado con litio, descubrieron que el metal de litio se deposita y se disuelve en el colector de corriente de cobre en una capa fina y uniforme. Básicamente, esto resuelve el problema de las dendritas y también mejora el rendimiento de la batería. La nueva batería contiene un 72% más de energía por unidad de masa y un 95% por unidad de volumen sobre las baterías comerciales de iones de litio.
El revestimiento de telurio se puede aplicar utilizando técnicas de fabricación estándar, haciéndolo adecuado para la producción en masa. Los investigadores creen que este podría ser el “eslabón perdido” para la comercialización a gran escala de esta tecnología de batería, si bien todavía hay varios obstáculos por resolver antes de que pueda llevarse a producción. El siguiente paso es crear el prototipo funcional que no existe por ahora, que muestre de manera cierta que estos primeros resultados son ciertos.
