Esta nueva batería de litio-aire con electrolito sólido llevará la autonomía a un nuevo nivel gracias a su almacenaje récord de electrones

Investigadores del Instituto de Tecnología de Illinois (IIT) y el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de Estados Unidos han desarrollado un nuevo diseño de batería de litio-aire que aspira a ofrecer un rango de conducción mucho más largo en comparación con la batería de iones de litio.

El nuevo diseño de la batería de litio-aire ofrece una densidad de energía proyectada cuatro veces mayor que las baterías de iones de litio actuales y dispone de un electrolito sólido que elimina el problema de seguridad de las baterías que actualmente monopolizan el mercado automotriz.

«La batería de litio-aire tiene la densidad de energía proyectada más alta de cualquier tecnología de batería que se esté considerando para la próxima generación de baterías más allá del ion de litio»

Esta nueva batería podría permitir un rango de conducción mucho más largo para los vehículos eléctricos y mejorar el rendimiento de otros dispositivos eléctricos. Si bien todavía se necesitan más investigaciones y pruebas para llevar la batería de litio-aire al mercado, el equipo de investigación se ha mostrado emocionado por el potencial que esta nueva tecnología podría tener en el futuro.

Cómo funciona la batería litio-aire de IIT y Argonne

La nueva batería, que fue probada durante mil ciclos y puede almacenar mucha más energía que las baterías de iones de litio comunes de la actualidad, cuenta con un esquema de celda de la batería con un ánodo de metal de litio, un cátodo a base de aire y un electrolito de polímero cerámico sólido (CPE).

Durante la descarga y la carga, los iones de litio se mueven del ánodo al cátodo y luego de regreso. El principal componente de esta batería de litio-aire es el electrolito sólido, que reemplaza la variedad líquida habitual, eliminando así la tendencia al sobrecalentamiento y los incendios.

La química de la batería del equipo con el electrolito sólido puede potencialmente aumentar la densidad de energía hasta cuatro veces por encima de las baterías de iones de litio, lo que se traduce en un rango de manejo más largo.

Además, la batería de litio-aire tiene la densidad de energía proyectada más alta de cualquier tecnología de batería que se esté considerando para la próxima generación de baterías más allá de las de iones de litio, afirma Larry Curtis, de Argonne.

Durante más de una década, los científicos de Argonne y otros estamentos han estado trabajando en el desarrollo de una batería de litio que utilice el oxígeno del aire. Pero este nuevo diseño es el primero que ha logrado una reacción de cuatro electrones a temperatura ambiente.

Otra ventaja es que funciona con oxígeno suministrado por el aire del entorno circundante, evitando la necesidad de tanques de oxígeno para operar, un problema con los diseños anteriores.

Más electrones almacenados, más energía

El electrolito sólido de esta batería está compuesto por un material de polímero cerámico hecho de elementos relativamente económicos en forma de nanopartículas. Este nuevo sólido permite reacciones químicas que producen óxido de litio (Li2O) en la descarga.

La reacción química del superóxido o peróxido de litio sólo involucra uno o dos electrones almacenados por molécula de oxígeno, mientras que la del óxido de litio involucra cuatro electrones. Más electrones almacenados significa una mayor densidad de energía.

Esto se debe a que cada electrón representa una unidad de carga eléctrica que se puede usar para alimentar un dispositivo eléctrico. Cuantos más electrones pueda almacenar una batería, mayor será su capacidad para proporcionar energía a un dispositivo durante un período de tiempo determinado.

El equipo de investigación espera que su diseño de batería sea capaz de mantener su rendimiento incluso después de miles de ciclos de carga y descarga, aunque todavía hay algunos desafíos técnicos que deben superarse antes de que la batería de litio-aire pueda ser comercializada.

En cualquier caso, el equipo de investigación es muy optimista sobre su potencial para impulsar la próxima generación de vehículos eléctricos y otros dispositivos eléctricos.

Además de los vehículos eléctricos, la batería de litio-aire también podría encontrar aplicaciones en la industria de la aviación, donde la densidad de energía es especialmente importante debido a las limitaciones de peso.