Un equipo de investigadores coreanos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) ha reemplazado el grafito que se emplea en el ánodo de las baterías de los coches eléctricos por silicio, introduciendo materiales sostenibles, de base biológica, que simplifican la cadena de suministro. El resultado es una batería con mayor capacidad energética, mayor vida útil y capacidad para admitir recarga ultrarrápida.
A medida que crece el mercado de vehículos eléctricos, los fabricantes están prestando más atención a los problemas que surgen en la cadena de suministro relacionados con los materiales utilizados en las baterías. Una de sus prioridades en los últimos años ha sido asegurarse el suministro de litio y cobalto, las principales materias primas para la fabricación de baterías. En cambio, ahora que los grandes grupos de la industria automotriz se han garantizado suficientes reservas de ambos metales, el níquel y el grafito han tomado un papel protagonista.
En las baterías que actualmente se utilizan en los vehículos eléctricos, si bien la química del cátodo es la que ofrece más posibilidades para modificar las características finales de las celdas (NCM, NCA, LOT, LCO), el ánodo también tiene su importancia. La investigación de KAIST podría marcar un gran paso adelante en el desarrollo de una batería para vehículos eléctricos más respetuosa con el medio ambiente. El estudio implica el desarrollo de un sustituto de grafito de base biológica, que actualmente es el material de elección para los ánodos de las baterías de iones de litio.
Además de los problemas de sostenibilidad, el grafito es uno de los factores que limitan la capacidad de las baterías. Para aumentar la densidad de energía hasta ahora se recurría a dos opciones; o bien incrementar el porcentaje de níquel en el cátodo o el de silicio en el ánodo, aunque esta segunda opción complica el mantenimiento estructural de la celda.
La capacidad de almacenamiento de energía del silicio ha hecho que los investigadores de KAIST se hayan centrado en él para reemplazar al grafito. Sin embargo, por si mismo el silicio no resiste las necesidades de los ciclos de carga y descarga de las baterías. Se expande con la carga y se contrae con la descarga, lo que genera una vida útil corta e inestable. La combinación del silicio con otros materiales es la estrategia seguida por los investigadores.
El equipo disolvió almidón de maíz en agua, lo mezcló en aceite y silicio, y calentó la mezcla. Este proceso térmico simple, similar al "utilizado para freír alimentos", fija firmemente esferas de carbono del tamaño de micras alrededor del silicio, con una capa adicional de carbono grafítico. Las esferas evitan que el silicio se expanda durante los ciclos de carga y también proporcionan una conductividad más eficiente, que se refleja en el rendimiento de la nueva batería.
El estudio completo de KAIST ha sido publicado en la revista Nano Letters, donde se describe el proceso. Los materiales compuestos desarrollados por el equipo de investigación multiplican por cuatro la capacidad de los materiales de ánodo de grafito (360 mAh/g 1.530 mAh/g) reteniendo de forma estable su capacidad durante 500 ciclos. También permiten que las baterías se carguen a más del 80% de su capacidad en solo cinco minutos.
