Tópico 7. Baterías de litio (Desafíos y áreas de estudio I)

En el tópico anterior se introdujo la necesidad de usar alternativas energéticas a los actuales combustibles, y las bondades del litio como elemento sobre otros metales para la fabricación de baterías. Sin embargo, también se dejó claro que el proceso no es tan sencillo como a simple vista se describe, pues se deben considerar ciertos alcances y desafíos que las baterías de litio generan si se quieren desarrollar en gran escala.

Para que las baterías de litio sean una alternativa que supere a los sistemas actualmente disponibles y consecuentemente los reemplace, deben sortear, entre otros, los siguientes desafíos:

  1. Resolver la deposición desigual de litio durante los ciclos repetidos de carga y descarga.
  2. Resolver los problemas intrínsecos de seguridad, disminuyendo la formación de dendritas.
  3. Entregar una densidad de corriente y potencia estables.
  4. Aumentar capacidad de almacenamiento de electricidad y prolongar su vida útil.
  5. Integrar funciones de seguridad “inteligentes” incluyendo en la fabricación materiales de respuesta termo-reactiva y aleaciones con memoria de forma.

La clave para mejorar el rendimiento electroquímico y seguridad de las baterías de litio radica en la correcta selección de: electrodos, electrolitos y materiales auxiliares. En principio, la conjugación por sí sola de cada una de las tres variables generales del complejo proceso no resulta suficiente para conducir a la elaboración de dispositivos que superan a los sistemas actualmente. Corresponde por tanto a una combinación de los tres enfoques en forma simultánea, lo que finalmente podría hacer que las baterías de litio sean una tecnología viable y eficiente que supere a las baterías actuales disponibles en términos de capacidad, reversibilidad, densidad de corriente, potencia, estabilidad térmica y electroquímica.

En este tópico veremos una de esas variables. En el caso de los electrodos, el material con el que se confeccionan resulta vital para el rendimiento de las baterías de litio.

Durante el proceso de descarga, dentro de las baterías de litio, el material de los ánodos se integra iónicamente al electrolito, y los iones de litio en el electrolito se insertan simultáneamente hasta el material del cátodo, proceso que es acompañado por el traslado de electrones dentro del material del electrodo, generando energía eléctrica en el circuito externo. Aunque la actuación de las baterías de litio está afectada por los índices de iones de litio y los electrones en el electrodo, el material del electrodo tiene su propio coeficiente de difusión y conductividad eléctrica, parámetros que son relativamente bajos para los materiales más activos. Como resultado, normalmente es necesario modificar los materiales de los electrodos, ajustar su morfología o microestructura, o hibridar con una segunda fase, para alcanzar rápidamente la difusión de los iones de litio y el índice de transporte de electrones. Por lo tanto, es un tema importante considerar la modificación de los materiales con el que se fabrican los electrodos para cumplir una mejor actuación electroquímica.

El desarrollo de los nuevos materiales de electrodos o modificación de los existentes están relacionados con la innovación del material. En vista de que la nanotecnología ofrece técnicas avanzadas de caracterización que pueden guiar el diseño de los materiales, con objetivos claros y específicos, se abre la posibilidad de hallar diferentes formas de sintetizar nuevos nanomateriales con propiedades especiales o combinaciones de propiedades, para usarlos como electrodos y electrolitos en baterías de litio.

¡No te pierdas las próximas semanas otros tópicos interesantes y cómo Empírica los ha abordado desde la óptica de satisfacer las necesidades de sus clientes!

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Fuente fotografía: https://medium.com/@Tanisha.Bassan/leveraging-nanotechnology-to-innovate-batteries-f3a10f250f07

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