Envia, una start-up financiada por GM y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados para la Energía (ARPA-E, por sus siglas en inglés) en Estados Unidos, afirma que ha construido baterías que almacenan más del doble de energía que las que están instaladas en los coches eléctricos en la actualidad. Si esta tecnología se pudiera fabricar, reduciría el coste de las baterías (la parte más cara de un coche eléctrico) a la mitad.
Pero aún queda mucho trabajo por hacer antes de que las baterías se puedan utilizar en vehículos eléctricos comerciales. Entre otras cosas, la cantidad de veces que se pueden cargar y recargar debe duplicarse.
La tecnología se presentó en la reunión anual de ARPA-E en Washington D.C. (EE.UU.) esta semana, en parte para demostrar los progresos en tecnología energética del Departamento de Energía (DOE en sus siglas en inglés), que supervisa ARPA-E. El DOE ha sufrido críticas después de haber avalado a algunas empresas que posteriormente se declararon en quiebra.
La tecnología de Envia se basa en investigaciones surgidas del laboratorio Nacional Argonne del DOE, que identificó un material con una novedosa estructura microscópica capaz de mejorar la capacidad de almacenamiento de uno de los electrodos de la batería.
GM y el fabricante de baterías LG Chem, que usa algunos aspectos de la tecnología en el Chevrolet Volt, quizá incorporen más tecnologías provenientes de Argonne en las baterías de la próxima generación del coche. Envia modificó la tecnología original de Argonne para conseguir mayores densidades energéticas.
Usando los materiales de Argonne como punto de partida, los investigadores probaron sistemáticamente distintas variaciones del diseño del material para aumentar su voltaje operativo real (una forma importante de mejorar la densidad energética) y para tratar un problema conocido del material: la tendencia de uno de sus componentes, el manganeso, a salir del electrodo y disolverse en el electrolito de la batería, reduciendo la capacidad de almacenamiento de la misma al cabo del tiempo. Para lograr estos objetivos, los investigadores añadieron elementos traza al material y desarrollaron coberturas para impedir la fuga del manganeso.
Después, la empresa se centró en el electrodo contrario, que suele estar hecho de grafito. Los investigadores decidieron usar silicio, que es capaz de almacenar mucha más energía, pero suele durar un número pequeño de cargas puesto que se hincha y agrieta. Envia se enfrentó a estos problemas usando una forma porosa de silicio, que tolera mejor la expansión y contracción y mezclando el silicio con varias formas de carbono, incluyendo fibra de carbono y grafito. El carbono se usa para proporcionar un camino a los electrones a través del material, salvando las brechas que se forman cuando se agrieta el silicio. Los investigadores también tuvieron que modificar el electrolito para evitar que se descompusiera al estar sometido a los altos niveles de voltaje observados en la batería.
Para desarrollar los materiales, Envia siguió el inusual método de probar nuevos materiales de electrodo en baterías completas, con ambos electrodos y el electrolito. Normalmente los investigadores prueban materiales de electrodo de forma aislada, para identificar aquellos que parecen prometedores en algún aspecto, como por ejemplo una gran capacidad energética. Pero a veces materiales que parecen muy prometedores por sí mismos son incompatibles con los electrolitos o con otros electrodos. Por otra parte, algunos materiales que no parecen muy prometedores por sí mismos pueden tener un buen comportamiento si se emparejan con el electrolito adecuado. Así que Envia probó tandas de 1.500 baterías, cada una de ellas con una combinación distinta de electrodos y electrolito, para encontrar las mejores combinaciones posibles. (Envia prepara los materiales para los electrodos y para el electrolito a mano. Wildcat Discovery Technologies, una de las empresas TR50 más innovadoras según Technology Review usa un sistema robotizado para acelerar un proceso similar).
Después de probar pequeñas pilas del tamaño de una moneda, Envia construyó pilas lo suficientemente grandes como para usarlas en coches eléctricos. Cada una pesa un kilo y almacena 400 vatios-hora. Las baterías comerciales de ión-litio almacenan de 120 a 250 vatios-hora por kilogramo.
Las baterías de menor densidad energética a veces tienen características de seguridad que las hace atractivas para su uso en coches. Sujeet Kumar, presidente y director tecnológico de Envia afirma que las baterías de su empresa han superado pruebas de punción, un examen clave para determinar la seguridad de una batería.
Como estos materiales se pueden fabricar con equipos convencionales, podrían ser relativamente fáciles de comercializar. Kumar explica que Envia no tiene previsto fabricar las baterías por sí misma, sino vender la licencia de su tecnología a fabricantes de baterías, o crear asociaciones con ellos.
Pero las baterías aún no están preparadas para usarse en coches eléctricos. Para tener la misma vida media que el vehículo, tienen que poder recargarse más de 1.000 veces manteniendo un 80 por ciento de su capacidad de carga original. La empresa aún está llevando a cabo pruebas con las nuevas baterías, pero después de tan solo 400 cargas, la capacidad desciende al 72 por ciento, según Kumar. Para resolver este problema probablemente hagan falta mejoras sustanciales en los electrodos. También hay que someter las baterías a otras pruebas de rendimiento y seguridad antes de se puedan usar en vehículos.