Líquido iónico: la salsa secreta de las baterías de estado sólido

Las baterías de iones de litio son un elemento omnipresente que ya ha encontrado un lugar en nuestros teléfonos móviles, ordenadores portátiles, herramientas y los coches eléctricos. Pero, a medida que buscamos mejores soluciones con mayor densidad de energía, los científicos han ido apostando por el desarrollo de los las baterías de estado sólido de metal de litio, el último desarrollo de la clásica batería de iones de litio.

Pero todavía hay varios problemas técnicos que superar. Las baterías de iones de litio actuales emplean electrolitos líquidos que son altamente inflamables, lo que representa un peligro para la seguridad. Cuando las cosas salen mal, salen catastróficamente mal, como hemos visto en el caso de más de un coche eléctrico. Es por eso que el mundo ha estado tratando de desarrollar baterías de estado sólido que usen un electrolito sólido más estable que pueda alimentar a la mayoría de vehículos y redes a gran escala.

Pero a pesar de lo prometedoras que son las baterías de estado sólido, todavía están muy lejos de la producción comercial. El problema más difícil de solventar es lograr el contacto adecuado entre los electrodos y los electrolitos sólidos. Las imperfecciones de la superficie en cualquiera de ellos conducen a un aumento de la resistencia interfacial, lo que afecta el rendimiento de la batería. El trabajo se ha concentrado en encontrar el electrolito sólido perfecto, pero el diseño del cátodo sigue siendo un tema pendiente.

Un equipo dirigido por el profesor Kiyoshi Kanamura de la Universidad Metropolitana de Tokio (TMU) ha profundizado en el asunto y ha probado nuevas formas de mejorar el contacto entre el cátodo y el electrolito de estado sólido. Su último descubrimiento es un cátodo de óxido de cobalto y litio (LiCoO₂) en estado cuasi sólido que aloja un líquido iónico a temperatura ambiente. Los líquidos iónicos contienen iones positivos y negativos, y pueden llenar cualquier pequeño vacío en la interfaz de cátodo/electrolito sólido.

Así la resistencia disminuye significativamente mejorando el rendimiento general. Este líquido iónico desarrollado internamente no solo es iónicamente conductor, también es no volátil y no inflamable, lo que lo hace ideal para su uso en baterías de coches. El único problema que aún debe abordarse es su rápida degradación. La batería prototipo retiene una capacidad del 80 % después de 100 ciclos de carga/descarga a una temperatura de 60 °C, algo que no alienta para aplicaciones automotrices en el mundo real.

El equipo confía en que esto se puede mejorar aún más encontrando un mejor líquido iónico que no se degrade tan fácilmente. Con el nuevo paradigma del equipo tokiota hay promesas de nuevas y emocionantes direcciones para la investigación de baterías de estado sólido, con el potencial de sacarlas del laboratorio y llevarlas a nuestras vidas. De momento, dentro de la industria del motor, parece que Toyota, Mercedes-Benz, BMW y Ford son las compañías más avanzadas en este aspecto. Para más información, consulta ´la investigación completa publicada en iScience.

Fuente: iScience