Las baterías de iones de litio son populares, pero han estado involucradas en incendios de aviones y su transporte está restringido. Cualquier elemento más reactivo o inestable podría ser peligroso. Sin embargo, dar con la combinación correcta podría dar enormes beneficios.
Los últimos avances son parte de una larga línea de mejoras en la que se trabaja desde hace décadas. Primero había baterías de plomo-ácido, del tipo que todavía se utiliza comúnmente en los automóviles; estas son enormes.
La popularidad de Tesla ha motivado el surgimiento de una nueva ola de tecnología que ahora está disponible en un monitor de salud pero que pronto podría estar en las gafas, los coches e incluso los aviones. Son las baterías de litio.
Tal vez los nuevos tipos de baterías no deslumbren a los consumidores del mismo modo que los nuevos dispositivos o aplicaciones, pero al igual que los transistores diminutos, son cruciales para el avance tecnológico. Si las baterías no mejoran mucho, tampoco lo hacen los dispositivos que alimentan.
Compañías como Enovix baterías de iones de litio, QuantumScape, Solid Power y Sila han estado desarrollando estas baterías durante más de una década y algunas esperan dar el salto a la producción masiva aproximadamente en 2025.
El director ejecutivo y cofundador de Sila, Gene Berdichevsky, fue uno de los primeros empleados de Tesla que supervisó la tecnología de baterías cuando la compañía hizo su primer automóvil eléctrico.
El Tesla Roadster, presentado en 2018, utilizaba una batería diseñada con tecnología baterías de iones de litio, la misma tecnología de baterías que alimenta a las computadoras portátiles, los teléfonos inteligentes y otros dispositivos de consumo.
Desarrollo de baterías de iones de litio en los últimos años
Las baterías de hoy se basan en el movimiento de ida y vuelta de los átomos de litio. Esto genera energía porque cada átomo se encuentra en un estado de carga positiva, lo que significa que le falta un solo electrón. En dicho estado, se dice que estos átomos de litio están ionizados. Esa es la razón por la que se llaman baterías de iones de litio.
Cuando conectas un automóvil eléctrico a una estación de carga, los átomos de iones de litio se acumulan en un lado de la batería llamado ánodo. Cuando enciendes el automóvil y conduces por la carretera, la batería proporciona energía eléctrica mientras los átomos se mueven hacia el otro lado, el cátodo. Esto es posible gracias a la composición química del ánodo, el cátodo y las partes circundantes de las baterías de iones de litio.
Después, quizá recuerde las baterías NiCad (níquel-cadmio). Eran las baterías recargables que anunciaban una nueva era de tecnología portátil: computadoras, teléfonos y similares, al igual que los coches a control remoto de nuestra infancia.
Luego vinieron las baterías NiMH (níquel hidruro metálico) con aproximadamente el doble de capacidad o densidad de energía. Ahora, los dispositivos modernos y los automóviles eléctricos están impulsados por baterías Li-ion o iones de litio.
Y preparémonos para que la tecnología de las baterías tenga nombres cada vez más complicados: LiNiMnCo (óxidos de litio-níquel-manganeso-cobalto), por ejemplo.
Estos materiales tienen propiedades complejas y el trabajo actual es averiguar no solo por qué funcionan estos materiales, sino también cómo funcionan exactamente: la física básica de los electrones que se mueven alrededor de estos materiales.
Baterías de última generación
Actualmente, las baterías que más interesan son de litio-aire, o más apropiadamente, litio-oxígeno, además de baterías de litio-azufre.
Las baterías de litio-oxígeno, si se logra que funcionen bajo todas las condiciones, serán una mejora exponencial respecto las baterías actuales de iones de litio. Baterías de iones de litio
Pero aunque la tecnología tiene un potencial revolucionario, los desafíos técnicos de fabricar una batería de litio-aire que funcione de forma regular, fiable y segura, y más que nada durante periodos extensos, son grandes. Hasta ahora, se ha demostrado que los electrodos son inestables.
Tesla patenta una nueva celda de batería de iones de litio
Tesla Motors ha publicado recientemente una patente que muestra nuevos métodos de fabricación de electrodos de níquel-cobalto-aluminio (NCA) para sistemas de baterías recargables que podrían aumentar la vida útil de sus baterías (y ahorrar costos). Baterías de iones de litio
Es posible que este sistema dé un impulso al fabricante de coches eléctricos para hacer realidad su batería de más de un millón de kilómetros.
En la patente se incluyen métodos para preparar materiales de electrodos para su uso en baterías recargables de iones de litio, aunque se pueden aplicar a otros tipos de baterías.
Dicho método permite que se produzcan materiales NCA de cristal único sin impurezas que produzcan una «masa muerta» en los electrodos, gracias a un control de temperaturas no demasiado altas durante el proceso y al uso no excesivo de litio para reducir la ‘contaminación’.
Como se señala en la patente, las baterías se calentarían a una temperatura lo suficientemente alta como para permitir el crecimiento de un solo cristal (entre 800 y 950 °C).
Luego, la batería se calentaría por segunda vez a una temperatura inferior al primer ciclo de calentamiento (entre 650 y 760 °C). Los investigadores involucrados en la patente señalan que este proceso ha ayudado a desarrollar un NCA de cristal único libre de impurezas que permitió a las celdas de la batería alcanzar más de 4.000 ciclos de carga.
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