El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley está haciendo y probando baterías diseñadas por la Universidad de Berkeley.
Las baterías de iones de litio se utilizan en teléfonos móviles y ordenadores portátiles, porque son más pequeñas y más livianas que otros tipos de baterías. También son prometedoras para los vehículos eléctricos e híbridos. Sin embargo, los materiales convencionales y los elementos químicos han evitado que se utilicen ampliamente en los automóviles.
Las baterías de iones de litio usan electrodos de óxido de cobalto-litio y un electrolito líquido, sales de litio típicas disueltas en un solvente orgánico. El material del electrodo puede liberar oxígeno si se sobrecarga o se perfora, provocando el que el solvente inflamable se encienda y la batería explote. Además, "los electrodos cargados son muy reactivos con el electrolito líquido, lo que reduce la energía y (el ciclo de vida)", comenta Khalil Amine, gerente del grupo de tecnología avanzada de baterías en el Laboratorio Nacional de Argonne.
El avance clave de Seeo es un electrolito de polímero sólido. No es inflamable y, por lo tanto, es inherentemente seguro. Además, la batería retendrá más de su capacidad a lo largo del tiempo, debido a que el polímero no reacciona con el electrodo cargado. "Los datos de vida útil sugieren que los sistemas convencionales de iones de litio pierden alrededor del 40% de la capacidad en 500 ciclos", asevera Mohit Singh, el cofundador de Seeo. "Obtenemos un ciclo de vida mucho mejor. Podemos atravesar 1.000 ciclos con menos del 5% de pérdida de capacidad".
Para el electrodo negativo, o ánodo, el electrolito también trabaja con películas de metal de litio, que son más livianas que los materiales actuales para ánodos. Esto significa que la batería puede proporcionar más energía por el mismo peso. Sobre la base de la pila única de la batería, Seeo ha calculado que tendría una densidad enerética de hasta 300 vatios por hora por kilogramo, que es un 50% más que las baterías de iones de litio que están en el mercado actualmente.
Las baterías con electrolitos sólidos tienen la ventaja adicional de tener una fabricación más barata, según Amine. Mientras que los electrolitos líquidos tienen que sellarse herméticamente dentro de un envase de metal soldado con láser, los electrolitos plásticos pueden envasarse en bolsas selladas al calor.
nLas ventajas de los materiales de polímeros han justificado la investigación de electrolitos de polímero durante tres décadas. De hecho, las baterías de polímero de litio ya se encuentran en coches controlados por radio y reproductores de MP3. Pero utilizan un gel que contiene solventes, por lo que, al igual que los electrolitos líquidos acarrean los riesgos de incendio o explosión y no tienen una vida muy larga.
Hacer polímeros sólidos que sean tan conductivos como los electrolitos líquidos ha sido difícil. Mientras se carga una batería, el electrolito transporta los iones de litio desde el electrodo positivo -o cátodo- al ánodo. Cuanto mayor sea la conductividad del electrolito, más rápidamente se cargará la batería. La empresa 3M con sede en St. Paul (Estados Unidos) e Hydro-Québec, un proveedor de electricidad ubicado en Montreal (Canadá) han dedicado más de 10 años a las baterías de litio de polímero sólido. "Pero debes utilizar el polímero a 60 grados Celsius para mejorar la conductividad", admite Amine. "Esto no es muy práctico."
El problema es que la conductividad y la resistencia mecánica de un polímero no van de la mano. "Si la gente intentara hacer polímeros con conductividad iónica elevada terminarían haciendo un pegote," comenta Singh.
Seeo ha conseguido solucionar el problema al hacer películas con copolímeros de bloque: materiales que contienen dos cadenas de polímeros vinculadas que se automontan creando nanoestructuras. Uno de los polímeros forma un conjunto de cilindros conductivos que están integrados dentro del otro polímero, que sirve de matriz dura. Singh opina que la película de electrolito es estable y es casi tan conductiva como los electrolitos líquidos.
La tecnología de Seeo "se ha convertido en algo muy atractivo" debido a que dicen tener un polímero de alta conductividad, según indica Amine. Sin embargo, "el ánodo de litio podría influir negativamente". El litio tiende a crear una superficie áspera y a generar dendritas de cristal que pueden alcanzar el cátodo y hacer corto en la batería. La empresa tendrá que hacer pruebas durante mucho tiempo para demostrar que su polímero es lo bastante fuerte como para bloquear las dendritas.
Los electrolitos de polímero también tienen una gran desventaja inherente. "Los polímeros siempre estarán limitados por la conductividad iónica menor en comparación con los líquidos," concluye Singh. Esto significa que la batería de Seeo estaría limitada para uso en ordenadores portátiles y vehículos eléctricos. "Pero estos polímeros no serían capaces de abordar las aplicaciones de carga rápida como los vehículos híbridos eléctricos o herramientas eléctricas", concluye Singh.