Electrodos esponjosos de carbón que acercan las baterías de litio a la realidad

Diez veces más energía que el ion de litio, pero aún diez años sin electricidad: un electrodo de carbón esponjoso ha llevado a los científicos de la Universidad de Cambridge un paso más cerca de producir una batería de litio-aire viable. pero quedan muchos desafíos técnicos.

Las baterías de iones de litio de hoy son livianas, pero voluminosas por la carga que almacenan. Otras químicas de batería tienen una mejor densidad de energía. Durante años, los científicos han estado buscando formas de fabricar baterías con todas las ventajas del Li-ion, pero ocupan menos espacio.

Las baterías de litio-aire, con una densidad de energía teórica diez veces mayor que la del Li-ion, son visto como el camino a seguir, pero los modelos experimentales hasta ahora han demostrado ser inestables, con bajas tasas de carga o descarga y baja eficiencia energética. Peor aún, solo pueden operarse en oxígeno puro, lo que los hace poco prácticos para usar en una atmósfera normal.

El problema atmosférico aún no está resuelto, pero en un artículo publicado en la revista Science el viernes, los investigadores de la Universidad de Cambridge describen cómo han resuelto algunos de los problemas de estabilidad y eficiencia agregando yoduro de litio y usando un esponjoso electrodo de carbono hecho de láminas de grafeno.

Los electrodos positivo y negativo en las baterías Li-ion están hechos de un óxido de metal y de grafito, respectivamente. Una sal de litio disuelta en un solvente orgánico actúa como un electrolito, llevando iones de litio entre los dos electrodos.

En la batería de litio-aire desarrollada por Tao Liu, Clare P. Gray y sus colegas en Cambridge, el electrodo de carbono está hecho de una forma porosa de grafeno.

Eligieron almacenar carga formando y eliminando el hidróxido de litio cristalino (LiOH) en lugar del peróxido de litio utilizado en otros diseños de baterías de aire de litio.

Al agregar yoduro de litio pudieron evitar muchas de las reacciones químicas no deseadas que han envenenado lentamente los diseños anteriores. Eso mejoró la estabilidad de la celda incluso después de múltiples ciclos de carga y descarga. Hasta ahora, han sido capaces de recargar la celda 2000 veces.

Este y otros ajustes a su diseño les permitieron mantener la brecha de voltaje entre la carga y la descarga en línea con la de las celdas de Li-ion, alrededor de 0.2 voltios, en comparación a 0.5-1V para otros diseños de aire de litio. Eso, dicen, hace que su celda tenga un 93 por ciento de eficiencia energética.

Sin embargo, todavía quedan muchos problemas por resolver antes de que la batería entre en producción comercial. Su capacidad depende en gran medida de la velocidad de carga y descarga, y aún es susceptible a la formación de dendritas, fibras de litio puro que pueden provocar un cortocircuito en el electrodo de la batería y provocar una explosión. También está el problema del aire, que contiene nitrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua además del oxígeno puro que requiere la célula experimental.