En el mercado tenemos a nuestro alcance varios tipos de baterías. Una batería es capaz de administrar energía para suministrarla y así permitir que funcionen determinados dispositivos y aparatos. Las baterías de iones de litio son la sala de máquinas de gran parte del mundo moderno, desde los smartphones, portátiles tablets hasta coches o aviones eléctricos. Cada avance científico que mejora el rendimiento de las baterías es relevante y estas son las innovaciones en baterías más importantes que ha habido a lo largo de 2021.

Algunos avances provienen de experimentar con materiales alternativos mientras que otros vienen del planteamiento de rediseñar un dispositivo por completo y su forma de funcionamiento desde cero. Estos son algunos de los ejemplos más creativos e interesantes.

Una de las formas en la que los científicos trabajan para mejorar la velocidad de carga de las baterías es usando estructuras porosas para el ánodo, uno de sus dos electrones. Esto ofrece una mayor área de contacto con el electrolito líquido que transporta los iones de litio y les permite difundirse más fácilmente a través del material. En consecuencia, las baterías se cargan mucho más rápido.

En noviembre, científicos de la Universidad de Twente creando un ánodo con un material llamado niobato de níquel. De estructura cristalina abierta y regular con repetición de canales iguales que facilitan el transporte de iones. Se trabajó en una celda de batería completa y los científicos descubrieron que ofrecía tasas de recarga ultrarrápidas, hasta 10 veces más rápidas que las baterías de iones actuales. Los investigadores señalan que el niobato de níquel tiene una densidad volumétrica más alta que el grafito, lo que también podría dar lugar a baterías comerciales más ligeras y compactas.

Los científicos de la Universidad de Stanford han descubierto una manera de neutralizar grupos dañinos de “litio muerto” y revivirlos para aumentar el rendimiento de una batería. El equipo de científicos descubrió que “al agregar un voltaje de alta corriente durante la recarga, se estimulaba la acción de este litio inactivo, lo que hacía que se deslizara «como un gusano» y se reconectara con el electrodo, aumentando la vida útil de la batería en un 30%”.

Un avance que podría traer mejoras en el diseño de batería de carga rápida o baterías recargables. Este problema es real en baterías de metal de litio de próxima generación, cuyo potencial es contener hasta 10 veces más la energía. Por lo tanto, este avance, podría traer consigo nuevas soluciones muy prometedoras.

El metal de litio tiene una capacidad y una densidad de energía mucho más altas que el grafito y el cobre. Es por ello que los científicos ven tanto potencial en las baterías de metal de litio.

El científico de materiales de Harvard Xin Li presentó en mayo una nueva batería estilo sándwich que podría ser capaz de superar algunos de los problemas de estabilidad que están afectando a los diseños de metal de litio hasta el momento. Tras las pruebas, el equipo científico pudo comprobar que la batería retuvo el 82% de su capacidad después de 10.000 ciclos de carga. Lo más prometedor es que demostró un tipo de densidad de corriente que algún día podría permitir que los vehículos eléctricos se carguen en 20 minutos.

En octubre, un equipo de científicos de Estados Unidos analizó otra solución interesante a los problemas de estabilidad asociados a las baterías de metal de litio. En esta ocasión, recurrieron a la naturaleza en busca de inspiración. Este avance, una vez más, partió de la noción de usar un electrolito sólido en lugar de uno líquido para transportar la carga. En este caso los científicos usaron nanofibrillas de celulosa derivadas de la madera.

“Estos tubos de polímero microscópicos se combinaron con cobre para formar un conductor de iones sólido, con pequeñas aberturas entre las cadenas de polímero que actuaban como “superautopistas de iones”, permitiendo que los iones de litio viajen con una eficiencia récord”. Lo que significa que el material una conductividad entre 10 y 100 veces mayor que la de otros conductores de iones de polímero.

Las baterías de cloro de metal alcalino existen desde la década de 1970 y ofrecen una alta densidad de energía. El cloro altamente reactivo solamente dura un uso. En agosto, los científicos de la Universidad de Stanford idearon una forma para poder estabilizar esta reacción y permitir que este tipo de baterías se recarguen.

La solución consistía en un material de electrodo “hecho de carbono poroso que absorbía moléculas de cloro erráticas y las convertía de forma segura en cloruro de sodio, su forma original antes de la descarga”. Un ciclo que pudo repetirse hasta 200 veces en una batería experimental que ofrecía alrededor de seis veces la densidad de tecnología de iones de litio actual.

Los científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) del Departamento de Energía de EE. UU “se centró en lo que se conoce como la interfase de electrolitos sólidos (SEI), que es una película delgada en la parte superior del ánodo que desempeña un importante papel de control al controlar qué moléculas ingresan desde el electrolito durante el ciclo”.

Encontraron una solución novedosa en forma de tiras muy delgadas de litio con un ancho de alrededor de 20 micrones, mucho más delgado que el cabello humano. El prototipo de batería de celda de bolsa del equipo presenta este ánodo que retuvo el 76% de su capacidad durante 600 ciclos.

Este avance presenta una batería con un electrodo «semisólido» hecho de aleaciones de sodio y potasio que los investigadores comparan con el material que usan los dentistas para rellenar las caries, debido a su firmeza y capacidad de fluir y moldearse.

“Cuando este material entra en contacto con el electrolito sólido, tiene la cantidad justa de elasticidad para evitar el tipo de grietas que se formarían en un material de electrodo más rígido y quebradizo”. Este material permitió densidades de corriente más altas, alrededor de 20 veces más, facilitando el camino para lograr velocidades de carga mucho mayores.