Las baterías de iones de litio almacenan mucha energía en un espacio pequeño, lo que las convierte en la fuente de energía elegida para dispositivos electrónicos móviles. Hoy en día, los teléfonos móviles, las computadoras portátiles, las bicicletas eléctricas y los automóviles eléctricos funcionan con esas baterías. Los investigadores deETH Zurich ha desarrollado un tipo de batería que, a diferencia de las convencionales, consiste completamente en compuestos químicos sólidos y no es inflamable.
Las baterías de iones de litio convencionales no están exentas de peligros: las baterías de los teléfonos móviles han explotado varias veces en el pasado, causando lesiones, y solo hace seis meses se incendió una hilera completa de casas en el casco antiguo de Steckborn en el lago de Constanza.El incendio fue causado por una batería de fabricación de modelos que supuestamente se incendió debido a una carga inadecuada.
las baterías de estado sólido se pueden calentar
En las baterías convencionales de iones de litio, así como en la mayoría de las otras baterías, los polos positivo y negativo, los dos electrodos, están hechos de compuestos conductores sólidos; las cargas se mueven entre estos electrodos en un electrolito líquido o de gel.una batería de forma inadecuada sobrecarga o dejarla al sol, el líquido puede inflamarse o el gel puede hincharse.
Este no es el caso con las baterías de estado sólido, que se están desarrollando actualmente en laboratorios de investigación en todo el mundo: en este tipo de baterías, tanto los electrodos como el electrolito intermedio están hechos de material sólido ". Los electrolitos sólidos no se incendian inclusocuando se calienta a altas temperaturas o se expone al aire ", explica Jennifer Rupp, quien, como profesora de materiales electroquímicos en ETH Zurich, lidera el desarrollo de este nuevo tipo de batería.
Investigación en la interfaz
Uno de los desafíos en el desarrollo de baterías de estado sólido es conectar los electrodos y el electrolito de tal manera que las cargas puedan circular entre ellos con la menor resistencia posible. Los investigadores de ETH ahora han desarrollado una interfaz mejorada electrodo-electrolito.
En el laboratorio, construyeron una batería tipo sándwich con una capa de compuesto que contiene litio granate de litio, que actúa como un electrolito sólido entre los dos electrodos. El granate de litio es uno de los materiales con la conductividad más alta conocida paraiones de litio
"Durante la producción, nos aseguramos de que la capa de electrolito sólido obtuviera una superficie porosa", dice Jan van den Broek, estudiante de maestría en el grupo de Rupp y uno de los autores del estudio. Luego, los investigadores aplicaron el material del negativopolo en una forma viscosa, lo que le permite filtrarse en los poros. Finalmente, los científicos templaron la batería a 100 grados centígrados. "Con un electrolito líquido o de gel, nunca sería posible calentar una batería a temperaturas tan altas".van den Broek. Gracias al truco con los poros, los investigadores pudieron ampliar significativamente el área de contacto entre el polo negativo y el electrolito sólido, lo que en última instancia significa que la batería se puede cargar más rápido.
Mayores temperaturas significan mayor capacidad
Las baterías producidas de esta manera podrían funcionar teóricamente a una temperatura ambiente normal, dice Semih Afyon, un ex investigador científico del grupo Rupp, ahora profesor en el Instituto de Tecnología de Izmir en Turquía. Pero funcionan mejor a 95 grados Celsius y más enel estado de desarrollo actual. "Los iones de litio pueden moverse mejor en la batería", dice Afyon.
Esta característica podría utilizarse en plantas de energía de almacenamiento de batería, que almacenan el exceso de energía y la entregan más tarde según sea necesario. "Hoy, el calor residual que resulta de muchos procesos industriales desaparece sin usar", dice Afyon. "Al acoplar la energía de la bateríaplantas con instalaciones industriales, podría usar el calor residual para operar la planta de energía de almacenamiento a temperaturas óptimas ".
Nuevas baterías de película delgada
"Muchos de los proyectos actuales de investigación de baterías de estado sólido se centran en mejorar los electrolitos", dice Afyon. Sin embargo, hay pocos estudios como este, en el que los científicos ensamblaron una batería de estado sólido completa, utilizando también métodos utilizadosen producción industrial, y lo probé
"En este trabajo hemos construido por primera vez una batería completa de iones de litio con un electrolito de granate de litio sólido y un polo negativo sólido hecho de un material a base de óxido. Por lo tanto, hemos demostrado que es posible construir todobaterías basadas en granate de litio ", dice el profesor ETH Rupp. Gracias a este electrolito sólido, uno no solo puede operar baterías a temperaturas más altas, sino también construir baterías de película delgada, que incluso se pueden colocar directamente en chips de silicio.
"Estas baterías de película delgada podrían revolucionar el suministro de energía de los dispositivos electrónicos portátiles", dice Rupp. Ella y su equipo seguirán este enfoque en futuras investigaciones. Para este fin, también han colaborado con socios industriales y con elPaul Scherrer Institute y con Empa. El siguiente paso inmediato es optimizar la batería, con un enfoque particular en aumentar aún más la conductividad de la interfaz electrodo-electrolito.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Original escrito por Fabio Bergamin. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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