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Hacia nuevas baterías de iones de litio más eficientes y seguras

Las baterías de ion de litio están presentes en móviles y ordenadores portátiles, pero aún no pueden almacenar la energía suficiente para extender su uso a gran escala en los coches eléctricos. Investigadores de las universidades de Sevilla y Oxford proponen nuevas estrategias para la fabricación de una generación de baterías de iones de litio más eficientes y seguras.

Estructura atómica de los cátodos que sufren pérdida de densidad de energía en el primer ciclo (izquierda) y la nueva superestructura que previene dicha pérdida (derecha). / US

Las baterías de ion de litio han revolucionado la tecnología de dispositivos portátiles, y su uso está en la actualidad generalizado en nuestros teléfonos móviles, ordenadores portátiles, entre otros. En reconocimiento a ello, los creadores de este tipo de baterías han recibido el premio Nobel de Química de 2019. Sin embargo, existen aún determinados problemas que es necesario resolver.

En primer lugar, “las baterías de iones de litio convencionales no son capaces de almacenar energía suficiente para que su uso se extienda a mayor escala en coches eléctricos. Además, la mayoría emplea en sus cátodos metales que son tóxicos, contaminantes y que llevan asociados importantes problemas de seguridad. Por todo ello, entre la comunidad científica existe un interés creciente por desarrollar nuevos materiales que solventen estos problemas”, explica el investigador de la Universidad de Sevilla, Juan Gabriel Lozano.

Entre los candidatos más potentes para reemplazar parte de la tecnología actual, están los llamados cátodos de óxidos de metales de transición ricos en litio. Estos cátodos son capaces de almacenar mayor densidad de energía que los convencionales y, además, son más seguros, económicos y respetuosos con el medio ambiente.

Las baterías de iones de litio convencionales no son capaces de almacenar energía suficiente para que su uso se extienda a mayor escala en coches eléctricos

Sin embargo, presentan un inconveniente fundamental, y es que una buena parte de la densidad de energía se pierde en el primer ciclo de carga y descarga. Este problema, asociado a la reestructuración atómica de los cátodos durante la extracción e inserción del litio, hace que su implementación no sea factible todavía.

Cómo solucionar el problema

En este contexto, investigadores de la Universidad de Oxford y de la Universidad de Sevilla han publicado recientemente un estudio en la revista Nature en el que se definen nuevas estrategias para la fabricación de una generación de baterías de iones de litio más eficientes y seguras.

Para ello, se han estudiado dos tipos de cátodos muy semejantes en su composición, pero que presentan comportamientos totalmente distintos: uno de ellos sufre la conocida pérdida de densidad de energía en el primer ciclo, y el otro no.

“Esta diferencia de comportamiento se debe a la formación en uno de ellos de una superestructura nueva, es decir, a un ordenamiento muy particular de los átomos metálicos, y que se demuestra que previene la reestructuración durante el primer ciclo de carga y descarga. Este resultado nos permitiría superar uno de los principales cuellos de botella que hasta ahora ha encontrado el desarrollo de este tipo de tecnología”, explica Juan Gabriel Lozano investigador de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería (ETSI) de la Universidad de Sevilla.

Referencia bibliográfica:

Robert A. House, Urmimala Maitra, Miguel A. Pérez-Osorio, Juan G. Lozano, Liyu Jin, James W. Somerville, Laurent C. Duda, Abhishek Nag, Andrew Walters, Kejin Zhou, Matthew R. Roberts & Peter G. Bruce. "Superstructure control of first-cycle voltage hysteresis in O-redox cathodes" Nature https://doi.org/10.1038/s41586-019-1854-3

Fuente: SINC
Derechos: Creative Commons.
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