Una batería mejor: Esta imagen de microscopio electrónico de barrido muestra las partículas de sulfuro de litio usadas por investigadores de la Universidad de Stanford para fabricar una batería de sulfuro de litio mejorada.
Para que las carreteras se empiecen a llenar de coches eléctricos, las baterías tendrán que ser mucho más baratas, hasta un 80 por ciento más según algunos cálculos. Dos avances recientes que consiguen que las baterías experimentales sean mucho más prácticas quizá sirvan para lograr esa reducción de costes.
Los investigadores llevan años trabajando en un tipo de batería que usa litio en un electrodo y azufre en el otro. En teoría este tipo de batería podría almacenar hasta cinco veces más energía que una batería de ión-litio (ver “De vuelta con las baterías de litio-azufre”). Pero el litio es muy reactivo cuando se expone al agua y con el tiempo puede llegar a formar estructuras parecidas a una raíz dentro de la batería . Estas estructuras pueden unir los electrodos positivos y negativos, produciendo cortocircuitos e incluso incendios. Así pues, muchos investigadores se están centrando en desarrollar una batería parecida que no necesite litio.
En el nuevo tipo de batería el electrodo de azufre se sustituye por un material de sulfuro de litio, un compuesto que contiene tanto litio como azufre. Este se convierte en la fuente de litio, para que ya no sea necesario el litio puro y se pueda sustituir por grafito –un material que ya se usa en las baterías de ion-litio en la actualidad- o por un material como el silicio.
El problema es que el sulfuro de litio es un aislante eléctrico, lo que hace que la carga sea más lenta y disminuye la cantidad de energía que la batería es capaz de distribuir. Pero dos artículos recientes, uno de la Universidad de Stanford (EE.UU.) y otro del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (EE.UU.) ofrecen formas de hacer que las baterías de sulfuro de litio sean más prácticas.
Estos trabajos de investigación muestran métodos baratos para fabricar baterías del sulfuro de litio con gran capacidad para almacenar energía. Podrían conducir a la fabricación de baterías comerciales que almacenan más de tres veces de energía que las baterías de ión-litio que se usan en los vehículos eléctricos en la actualidad, afirma Yuegang Zhang, científico del equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
A principios de este año, Yi Cui, profesor de ciencia de los materiales en la Universidad de Stanford, demostró una forma de superar las limitaciones inherentes a las baterías de sulfuro de litio mediante la carga de la batería a un voltaje superior al normal en la primera carga. Esto cambia la química del electrodo, sorteando el problema de la conductividad.
Aún así, habría que mezclar el sulfuro de litio con carbono para mejorar su conductividad, y el carbono reduce la cantidad de energía que puede almacenar el electrodo: en los experimentos fue suficiente para disminuir los niveles de capacidad de la batería a un nivel parecido al de las de ión-litio convencionales.
Zhang demostró una nueva forma de mezclar el carbono con el sulfuro de litio que reduce mucho la cantidad de carbono necesario para el cátodo. El porcentaje del electrodo formado por sulfuro de litio aumenta, de menos del 50 por ciento al 67,5 por ciento. Esta mejora, que se ve amplificada por las mejoras que permite en otras partes de la batería, prácticamente podría duplicar la capacidad de almacenaje de la batería, de 350 a 610 vatios-hora por kilogramo, según cálculos de Zhang. (Las baterías de ión-litio en los vehículos eléctricos actuales almacenan de media menos de 200 vatios-hora por kilogramo).
Aún quedan obstáculos para comercializar la tecnología, incluyendo la necesidad de mejorar el número de veces que se pueden recargar las baterías y la velocidad a la que se recargan. Las cifras respecto al almacenaje de energía también se deben observar con reservas, ya que son cálculos derivados de experimentos a escala de laboratorio, no medidas de baterías grandes a escala comercial.
Además, podría suceder que las baterías de litio-azufre que usan litio puro sean la tecnología preferida. Investigadores y empresas como Sion Power y Polyplus están haciendo progresos para mejorar el número de veces que se pueden recargar, y están usando cerámica u otros materiales para abordar los temas de seguridad.