¿Es posible construir más pequeño pero largo?

Las baterías de iones de litio ahora se han vuelto indispensables para los hogares de todo el mundo. Con su excelente almacenamiento de energía, peso ligero y potencial de recarga, estas baterías ahora encuentran su uso desenfrenado en vehículos eléctricos (EV) y otros dispositivos domésticos de almacenamiento de energía.

Pero, ¿es posible construir baterías de iones de litio más duraderas y más pequeñas de igual o mayor capacidad? La respuesta es sí. Los investigadores de todo el mundo ahora están trabajando para aumentar la capacidad de las baterías de iones de litio y allanar el camino para hacerlas más ligeras y pequeñas.

Estas baterías comprenden dos terminales: un cátodo (terminal de carga positiva) y un ánodo (terminal de carga negativa), un electrolito (un elemento semifluido) y un separador en el medio. Por lo general, el lado del cátodo es litio a su alrededor, mientras que el ánodo comprende grafito. Todo el funcionamiento de estas baterías de iones de litio gira en torno al movimiento de los iones de litio y los electrones durante la carga y la descarga.

Estas también se llaman baterías de oxígeno de litio. Pueden almacenar diez veces más energía que las baterías de iones de litio convencionales. Sus capacidades energéticas son comparables con la energía que ofrecen los combustibles fósiles. Sin embargo, todavía tienen que convertirse en una solución viable para su uso comercial.

Según el diseño, en estas baterías, uno de los electrodos está compuesto por Litio, mientras que el otro lado está compuesto por un electrodo de difusión de gas. Cuando se utilizan estas baterías, los iones de litio se mueven desde el cátodo a través del electrolito hacia el ánodo, donde se combina con oxígeno, forma óxido de litio y genera electricidad.

Sin embargo, la buena noticia es que un grupo de investigadores está trabajando para que sea un éxito. Un equipo de la Universidad de Oldenburg en Alemania ha comenzado a trabajar para extender la vida útil de estas baterías y hacer realidad estas baterías de oxígeno de litio. El proyecto ha sido denominado Materiales y Componentes Alternativos para baterías apróticas de litio-oxígeno: química y estabilidad de componentes inactivos (AmaLiS 2.0). El Ministerio Federal de Educación e Investigación otorgó al equipo del proyecto 1,1 millones de euros.

El equipo está trabajando para probar una nueva idea en la que han planeado separar el cátodo y el ánodo usando una membrana recubierta en ambos lados. Además, el equipo quiere usar dos electrolitos diferentes para los dos lados de la batería. Finalmente, también quieren probar el carburo de titanio como material para uno de los electrodos.

Además de los trabajos en baterías de litio-oxígeno, varios investigadores, vehículos eléctricos y otras empresas están trabajando para reemplazar el grafito en el ánodo con silicio, otro elemento crucial. El silicio tiene la ventaja de contener iones de litio diez veces más que el grafito cuando se usa en un ánodo.

Pero existen obstáculos técnicos que han impedido su uso a pesar de sus beneficios. En primer lugar, a menudo se culpa a su uso por la expansión del volumen del ánodo cuando se carga con iones de litio, lo que a menudo conduce a la fractura del material. Se atribuye a la contracción y expansión del ánodo con el uso de Silicio.

Sin embargo, la buena noticia es que los investigadores están trabajando para lograr un gran avance en esta tecnología. Por ejemplo, General Motors y OneD Battery Sciences están trabajando en un ánodo de nanotecnología de silicio. El equipo afirmó que estas baterías reestructuradas se usarían en el SUV Mercedes Clase G para fines de 2026. De manera similar, Group14 Technologies prometió tener su configuración de batería alimentada por silicio en su Porsche EV para 2024.

Según los investigadores, Silicon tiene características únicas como su capacidad de larga duración y carga rápida, que pueden hacer que los futuros vehículos eléctricos sean más asequibles, efectivos e incluso más pequeños. Además, con su gran abundancia, su uso como alternativa al grafito también puede hacer que los fabricantes sean independientes del grafito, que todavía se encuentra en muy pocos países como China.

Anteriormente, incluso la marca Mega EV de Tesla también intentó aumentar la capacidad de sus baterías agregando un escaso 5 por ciento de silicio al ánodo de su batería. Además, varios otros investigadores y empresas están invirtiendo en investigación y desarrollo para utilizar silicio en lugar de grafito para reducir la dependencia de las importaciones y mejorar la eficiencia de las baterías de iones de litio.