La tecnología de batería más popular, las baterías de iones de litio, puede haber recibido un gran espaldarazo. Científicos han descubierto en un nuevo estudio que la adición de cargas de carbón conductivo a un material de electrodo conduciría a un mejor rendimiento de la batería con una mayor utilización electroquímica. Esto podría permitir que las baterías de iones de litio superen una de las limitaciones actuales para lograr una mayor densidad de energía y al mismo tiempo permitir el almacenamiento de energía reversible.
Por Tsvetana Paraskova para Oilprice | Traducción libre del inglés por lapatilla.com
Cualquier avance en el diseño de baterías de iones de litio, o cualquier diseño de batería para el caso, podría resultar ser el punto de inflexión en la transición energética, permitiendo un mayor uso de vehículos eléctricos (VE) y ayudando al crecimiento en el despliegue de almacenamiento de energía necesario para respaldar la creciente capacidad de energía renovable en todo el mundo.
La batería de iones de litio es actualmente la tecnología elegida tanto por los fabricantes de vehículos eléctricos como por los desarrolladores de almacenamiento de energía, y los costos de la batería han disminuido significativamente durante la última década debido a las nuevas químicas y las economías de escala en la fabricación.
Sin embargo, los avances significativos en la transición energética y la revolución de los vehículos eléctricos dependerán no solo de nuevos recortes de costos, especialmente en soluciones de almacenamiento, sino también de mejoras rentables en el rendimiento de la batería y el diseño de la batería para fabricar electrodos con alta densidad de energía.
Una nueva investigación publicada esta semana en Applied Physics Reviews, por AIP Publishing del Instituto Americano de Física (AIP), encontró que los rellenos hechos de carbono que conducen la electricidad podrían ser la solución para el diseño óptimo de la batería.
El diseño óptimo de la batería implica estructuras de electrodos gruesas que aumentan la densidad de energía. Sin embargo, los diseños actuales tienen un transporte de iones de litio deficiente, lo que es un obstáculo para el uso de electrodos gruesos.
Para facilitar el transporte de los iones de litio, los investigadores estudiaron tres tipos de cargas de carbono: nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT), nanoláminas de grafeno y una sustancia conocida como Super P, un tipo de partícula de negro de carbón producida durante la oxidación de precursores del petróleo . Super P es el relleno conductor más utilizado en baterías de iones de litio.
Los investigadores agregaron los tres tipos de rellenos a un tipo de material de electrodo conocido como NCM y que contiene níquel, cobalto y manganeso.
La investigación mostró que los SWCNT eran el mejor relleno conductor para electrodos NCM.
“Nuestros hallazgos sugieren que la integración de SWCNT en el electrodo NCM facilita la transferencia de iones y cargas. Esto conducirá a una mayor utilización electroquímica, especialmente a altas tasas de descarga ”, dijo Guihua Yu, uno de los autores del estudio, en un comunicado.
El estudio “demuestra la superioridad de los SWCNT 1D como relleno conductor en los electrodos, lo que proporciona nuevos conocimientos para el diseño de electrodos con alta densidad de energía / potencia”, escribieron los autores en su investigación.
La mejora en el rendimiento de la batería de iones de litio con una mayor densidad de energía podría impulsar aún más el desarrollo de la tecnología de batería más utilizada, respaldando el crecimiento de los vehículos eléctricos y la energía renovable.
Los precios de los iones de litio para los vehículos eléctricos han disminuido casi un 90 por ciento desde 2010, mientras que para las aplicaciones estacionarias, incluida la gestión de la red eléctrica, han caído alrededor de dos tercios durante el mismo período, según un estudio conjunto de la Agencia Internacional de Energía (AIE) y La Oficina Europea de Patentes se mostró en septiembre de 2020.
Liderada por la tecnología de baterías de iones de litio, la actividad de patentamiento en el almacenamiento de electricidad, especialmente para vehículos eléctricos, ha crecido mucho más rápido que la actividad de patentamiento en general durante la última década, encontró el estudio.
Desde el lanzamiento de vehículos eléctricos para el mercado masivo, la química del cátodo NMC (óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso) ha experimentado los avances más innovadores relacionados con las baterías de iones de litio, dijeron la AIE y la Oficina Europea de Patentes.
La investigación de otros tipos de química de baterías, como las baterías de litio-oxígeno o las baterías estructurales en las que el material es el dispositivo de almacenamiento de energía , podría algún día conducir a soluciones comerciales viables adicionales para los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía.
El mundo necesitará todos los avances, incluso en tecnología distinta a la batería de iones de litio, si quiere que los vehículos eléctricos y las energías renovables prosperen.