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Cambio Climático

Más energía en las baterías

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Unos ánodos de nanocables podrían hacer que las baterías de litio-ion durasen hasta dos veces más.

  • por Katherine Bourzac | traducido por Francisco Reyes (Opinno)
  • 06 Noviembre, 2009

Una startup con sede en Menlo Park, California, tiene previsto vender un nuevo tipo de ánodo para baterías de litio-ion que, según la compañía, permitirá que los vehículos eléctricos viajen distancias más largas y los dispositivos móviles duren más tiempo sin tener que ser recargados. Los ánodos de litio-ion de Amprius están hechos de nanocables de silicio, capaces de almacenar una carga 10 veces superior a la del grafito, el material utilizado para los ánodos de las baterías de litio-ion actuales. Según la compañía, los vehículos eléctricos capaces de recorrer 200 millas (321 kilómetros) entre recargas podrían llegar hasta las 380 millas (611 kilómetros) con sus baterías, y los ordenadores portátiles podrían pasar de cuatro a siete horas de operación entre recargas.

Mientras que las otras compañías de baterías avanzadas se enfocan en la potencia, lo que da como resultado la rapidez de recarga y aceleración, Amprius está intentando mejorar la densidad de energía, lo que produce mayores tiempos de funcionamiento. Cuanta más energía total pueda almacenar una batería, durante más tiempo podrá hacer funcionar a un vehículo o a un teléfono entre recargas. Dado que los fabricantes de vehículos tienen sus miras puestas en los coches eléctricos, y dado el hecho de que dispositivos móviles como el iPhone cada vez ejecutan aplicaciones que requieren más energía, la densidad de energía de una batería, y con ella el tiempo que puede pasar entre recargas, se convierte en una cuestión cada vez más acuciante.

Cuando las baterías de litio-ion están cargadas, los iones de litio se mueven desde el cátodo al ánodo, mientras que los electrones fluyen a través de un circuito externo; el proceso se invierte durante la descarga. El silicio ha resultado muy prometedor como material de ánodo puesto que puede absorber mucho más litio que los materiales de carbono utilizados actualmente. De hecho, la densidad energética máxima teórica es 10 veces mayor que la del carbono. No obstante, el silicio es frágil y tiende a hincharse y romperse después de solo un ciclo de recarga.

Sin embargo, los ánodos de batería hechos de nanocables de silicio pueden pasar por muchos ciclos sin dañarse. Este otoño, Yi Cui, fundador de Amprius y profesor asistente de ciencias de los materiales e ingeniería en Stanford, hizo una demostración de ánodos de silicio nanoestructurados capaces de alcanzar la capacidad de carga teórica del silicio sin romperse. Las láminas de nanocables largos y delgados son maleables, lo que alivia la tensión cuando la batería está cargada y descargada. Además los grupos de nanocables poseen un área de superficie muy alta, lo que significa que hay más lugares en los que se puede interactuar con el litio.

Ryan Kottenstette, director de desarrollo de negocios de Amprius, afirma que la compañía ha logrado una serie de mejoras en el proceso de crecimiento de los nanocables para hacer que sean compatibles con la manufactura a gran escala. Los nanocables se cultivan a partir de un gas en un sustrato de metal cubierto con una capa de catalizador. La compañía no ha dado detalles sobre cómo se fabrican los ánodos, pero ha desarrollado un proceso que utiliza un sustrato más conductivo y un catalizador más económico. “Los ánodos se pueden cultivar a gran escala y velocidad en grandes áreas sobre aluminio, además de con un coste de materiales inferior,” afirma Cui.

Amprius está en negociaciones con diversos fabricantes de vehículos y componentes electrónicos, y ha conseguido su primera ronda de capital riesgo en marzo. La compañía espera poder obtener más fondos el próximo verano para construir una cadena de manufactura piloto.

No importa cómo sea de buena la calidad de un ánodo, la capacidad de carga general de una batería depende del cátodo también. El rendimiento de los cátodos de litio-ion actuales no es tan bueno como el de los ánodos que está desarrollando Amprius. Los diseños de batería iniciales de la compañía compensan esta discrepancia mediante el emparejamiento de un ánodo delgado con un cátodo grueso. Al compararse con una batería de litio-ion convencional y de igual tamaño, el diseño es capaz de almacenar un 40 por ciento más de carga. Para poder incrementar aún más la densidad de energía, no obstante, la compañía necesitará usar nuevos materiales de cátodo.

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