Los coches eléctricos ya gozan de una tecnología bastante avanzada y funcional, pero la autonomía sigue siendo un campo que se puede mejorar y la velocidad de carga es uno de sus mayores problemas. Pero en la Universidad de Texas, en Austin, han trabajado en el desarrollo de electrodos más gruesos para conseguir una sustancial mejora tanto en la autonomía como en la velocidad de carga de la batería de un coche eléctrico. Los electrodos, recordemos, son los elementos de la batería con carga positiva y negativa.
Los investigadores han fabricado un nuevo tipo de electrodo para las baterías de iones de litio que permite conseguir una mejora importante tanto en la densidad energética, y por tanto en la autonomía de un coche eléctrico, como en la velocidad de carga. La forma en que lo han conseguido es mediante el desarrollo de electrodos más gruesos. En realidad, muchos equipos de investigación han trabajado ya con electrodos de dimensiones mayores a las habituales, pero dimensionar estos componentes suele propiciar algunos problemas técnicos importantes. Y la solución de este equipo se ha basado en la utilización de un sistema de imanes. El resultado, que evidentemente es lo más interesante en esta investigación, es un electrodo que podría conseguir el doble de autonomía con una sola carga para un coche eléctrico frente a una batería con electrodo ‘típico’.
Guihua Yu, profesor al frente de esta investigación, ha señalado que es comúnmente creído que los materiales bidimensionales son un candidato prometedor porque solo se necesita de varios nanómetros de espesor para conseguir un sistema de carga mucho más rápido. La cuestión es que las baterías de próxima generación basadas en el diseño de electrodos gruesos tienen problemas técnicos importantes. El apilamiento de nanoláminas como bloques de construcción del electrodo puede provocar cuellos de botella significativos en la movilidad, y eso significa que se complica alcanzar sistemas de carga más rápida y alcanzar niveles de densidad energética más elevada. Pero en Proceedings of the National Academy of Sciences publican su descubrimiento, y la clave está en que se basa en la utilización de materiales bidimensionales delgados como bloques de construcción del electrodo, apilados para alcanzar un mayor grosor y orientados de manera adecuada con un campo magnético.
Con electrodos más gruesos la densidad energética de la batería de un coche eléctrico se puede multiplicar por dos
Según describen, el equipo de investigación hizo uso de imanes convencionales disponibles en el mercado. Se usaron estos imanes durante el proceso de fabricación para disponer los materiales bidimensionales en una alineación vertical controlada, de modo que se facilite la movilidad de los electrones a través de este nuevo tipo de electrodo grueso. Lo habitual es que el diseño de electrodo grueso obligue a los iones a viajar distancias más largas para moverse a través de una batería, y esto da lugar a velocidades de carga más lentas. Pero eso es porque se suelen usar alineaciones horizontales para las capas de material que componen al electrodo, que obligan a que los iones se muevan de un lado al otro.
La gran innovación en este proyecto está en que los materiales del electrodo grueso tienen una orientación vertical controlada por el campo magnético del imán. Uno de los estudiantes que forman parte del grupo de investigación destaca que este electrodo muestra un rendimiento electroquímico superior, en parte, debida a la alta resistencia mecánica, la elevada conductividad eléctrica y a la simplificación del proceso de movilidad de iones. Y eso es gracias a la arquitectura única que han diseñado para este nuevo tipo de electrodo.
Y no se han conformado con comparar su nuevo electrodo grueso con los electrodos convencionales que ya están disponibles en el mercado. Han ido más allá y han fabricado uno con disposición horizontal y usando exactamente los mismos materiales que en su nuevo electrodo con disposición vertical. Y mientras que el electrodo grueso ‘vertical’ consiguió una carga al 50% en 30 minutos, con la misma fabricación y en orientación horizontal hicieron exactamente lo mismo en 2 horas y media. Es decir, que la clave está en la disposición de los materiales.
Ahora uno de los objetivos está en llevar este nuevo diseño de orientación vertical de los materiales a baterías que estén fabricadas con otros materiales. Es decir, que tienen puesto el punto de mira en nuevas baterías que usen su innovadora arquitectura de electrodo, y diseño de electrodo grueso, pero sin importar con qué materiales estén fabricados tanto el cátodo como en ánodo.
