Ingenieros del MIT logran solucionar el talón de Aquiles de las baterías ión-litio

Gerbrand Ceder, un ingeniero del MIT (en la foto) ha creado una especie de “carretera de circunvalación” que permite el rápido tránsito de energía eléctrica a través de un bien conocido material empleado en la fabricación de baterías. Este avance, podría dar lugar a baterías más pequeñas y ligeras – para teléfonos móviles y otros dispositivos – cuya recarga se podría hacer en segundos en lugar de horas.

Este trabajo también podría permitir la recarga rápida de baterías de coches eléctricos, aunque este aplicación en particular se vería limitada por la cantidad de energía disponible que la red eléctrica pudiera suministrar al hogar del propietario.

El trabajo, dirigido por Gerbrand Ceder (profesor del MIT que ocupa la cátedra Richard P. Simmons en Ciencia e Ingeniería de Materiales) se publica hoy 12 de marzo en la edición de la revista Nature. Como el material tratado no es nuevo – de hecho los investigadores simplemente han cambiado el método de fabricación – Ceder cree que los frutos del trabajo podrían llegar al mercado en apenas dos o tres años.

Las pilas recargables de litio de última generación cuentan con densidades energéticas muy altas, es decir, son muy buenas almacenando grandes cantidades de carga. Para lograr estas densidades deben sacrificar los ritmos de transferencia energética, que son relativamente pobres (son muy lentas tanto ganando como descargando esa energía).

Considerad las baterías actuales para coches eléctricos. “Almacenan un montón de energía, lo cual sirve para conducir a 90 Km/h durante un buen período de tiempo, pero la potencia es poca. No puedes acelerar de forma rápida”, comenta Ceder.

¿Por qué son tan lentos los ritmos de transferencia? Tradicionalmente, los científicos creían que los iones-litio responsables (junto a los electrones) del transporte de las cargas a través de la batería, simplemente se movían de forma lenta a través del material.

Sin embargo, hace aproximadamente 5 años, Ceder y sus colegas hicieron un descubrimiento sorprendente. Los cálculos computacionales realizados sobre un bien conocido material para baterías, el fosfato de litio-hierro, predecían que los iones-litio del material deberían en realidad moverse extremadamente rápido.

“Si el transporte de los iones-litio era tan rápido, entonces el culpable de la lentitud de la transferencia energética debía de estar en otra parte”, comentó Said.

Cálculos posteriores demostraron que los iones de litio pueden verdaderamente moverse de forma muy rápida por el material, pero solo a través de túneles accesibles desde la superficie. Si un ión-litio en la superficie se encuentra directamente frente a una entrada de túnel no hay problema, se introduce eficientemente en el túnel. Pero si el ión no se encuentra justo frente a él, se imposibilita que alcance el túnel puesto que no puede moverse para acceder a la entrada.

Ceder y un estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales llamado Byoungwoo Kang (coautor del trabajo publicado en Nature), idearon un método que solucionara el problema creando una nueva estructura superficial que permita a los iones-litio moverse rápidamente por la parte externa del material, exactamente como las carreteras (o cinturones) de circunvalación de las ciudades. Cuando un ión que viaja a través de este cinturón alcanza un túnel, es desviado instantáneamente hacia el interior.

Usando esta nueva técnica de procesamiento, los dos científicos procedieron a crear una pequeña batería que podía cargarse o descargarse en un período de entre 10 y 20 segundos. (Compárese con los seis minutos requeridos por una pila del mismo material no procesado y se apreciará el gran avance).

Ceder señala que pruebas posteriores demostraron que al contrario que otros materiales empleados en baterías, el nuevo material no se degradaba tanto con los ciclos repetitivos de carga y descarga. Esto podría conducir a baterías más pequeñas y ligeras, porque para obtener un rendimiento similar al de las actuales, se necesita menos material.

Ceder y Kang comentan en su trabajo que: “la habilidad de cargar y descargar baterías en cuestión de segundos en vez de horas, podría hacer surgir nuevas aplicaciones tecnológicas e inducir cambios en nuestro estilo de vida”.

El trabajo ha sido financiado por la Fundación Nacional de Ciencia a través del programa de los Centros de Ingeniería, Ciencia e Investigación de Materiales, y del Programa para el Avance en Baterías de Transporte del Ministerio de Energía de los EE.UU. Dos compañías han patentado los procesos de tratamiento.

Traducido de Re-engineered battery material could lead to rapid recharging of many devices (Autora: Elizabeth A. Thomson).

13 Comentarios

  1. 1 VoSSLER VoSSLER 12 Mar 2009 0 (0 Votos)

    Realmente interesante, esto puede abarcar un campo tan grande como se pueda imaginar. Yo creo que incluso puede darnos un vuelco en la forma que hacemos las cosas con aparatos electrónicos.

  2. 2 Jose L. Jose L. 12 Mar 2009 0 (0 Votos)

    Que cargarle las baterías al coche eléctrico sea en un futuro tan rápido como ahora repostamos gasolina sería fantástico.

  3. 3 Lupens Lupens 12 Mar 2009 0 (0 Votos)

    Segun he entendido, se podrían cargar la baterías super rápido, pero tambien descargarse super rápido. Es decir, disponer de toda la energia de la bateria de golpe, podría darnos motores con una potencia alucinante, pero solo durante segundos….
    Que os parece un prius que pudiera tener 300cv de potencia, aunque solo fuera por cinco minutos??

    Supongo que aplicando algun sistema que regule la descarga evitaran que igual que se cargan rápido, te quedes sin energia de golpe, tirado en la autopista.

    En fin, genial noticia.
    Un saludo.

  4. 4 Traductor Traductor 12 Mar 2009 0 (0 Votos)

    Un artículo muy interesante, y una buena traducción.

    No sería más adecuado, sin embargo, traducir “grad student” por “estudiante de doctorado”? Y dejar National Science Foundation sin traducir, puesto que es un nombre propio?

    Saludos

  5. 5 Maikelnai Maikelnai 12 Mar 2009 0 (0 Votos)

    Traductor, se admite la primera (ya está corregida) y la segunda podría ser… pero me da pereza des-destraducir ;-)

  6. 6 barra barra 12 Mar 2009 0 (0 Votos)

    Puede ser el pistoletazo de salida para uno de los grandes problemas del coche eléctrico … sin duda un gran descubrimiento que puede cambiar el mundo

  7. 7 Angel Angel 12 Mar 2009 0 (0 Votos)

    Me vais a permitir cambiar de tercio.

    Un catedratico abraza-figurillas apoyado contra una pizarra en estilo sersuaaal vs un estudiante de doctorado con un nombre perfecto para el street fighter . ¿Me quedo solo si supongo que el invento ha sido del estudiante?

    Un saludo,

    Angel

  8. 8 panzer panzer 12 Mar 2009 0 (0 Votos)

    Me da la impresión que estamos hablando de un supercondensador, pero con las ventajas de una bateria (mayor volumen de carga energética).

    Buen olfato para la noticia Miguel, mi enhorabuena por la entrada

  9. 9 luchogrela(at)gmail luchogrela(at)gmail 13 Mar 2009 0 (0 Votos)

    Electrogeneras en vez de gasolineras, esa es la diferencia. Y dan mucho más beneficio, porque no hay que transportar el combustible, sinó que se transporta él solito. Nada, que los nazis del siglo XXI en vez de las petroleras, van a ser las eléctricas.

    Saludos…

  10. 10 luchogrela(at)gmail luchogrela(at)gmail 13 Mar 2009 0 (0 Votos)

    Lupens: Genial para hacer carreras ilegales. Nefasto para ir a la playa el domingo o toda la semana a currar.

  11. 11 Alex Alex 13 Mar 2009 0 (0 Votos)

    Suena bastante bien, y si técnicamente es “implementable” en las actuales líneas de producción como dicen los investigadores, no es descabellado ese plazo de 2-3 años que dan en el artículo.

    Además, este tipo de avances van a venir en una época bastante buena en la administración estadounidense en cuanto a fomento de las renovables se refiere, ¿no os parece?. Ahora falta el otro extremo, obtener la energía de fuentes ecológicas.

    Si estos fieras mejoraran el rendimiento de los colectores solares, si que es verdad que podríamos tener “electrogeneras” repartidas incluso en lugares de lo más recóndito.

  12. 12 yeye2 yeye2 14 Mar 2009 0 (0 Votos)

    Me parece genial que poco a poco vayan solucionando los problemas que las baterias estan planteando en el terreno movil. Ahora solo queda solucionar el que es sin duda el GRAN DESAFIO, conseguir baterias de mayor capacidad y menor tamaño. Más le vale que se pongan las pilas, :P, por que al ritmo que avanzan los dispositivos moviles en 4 o 5 años nos quedaremos atascados, ya que tendremos telefonos y pdas tan potentes que requeriran una suma importante de energia .Por mucho que se optimice el consumo hay un límite.

  13. 13 killor killor 18 Dic 2010 0 (0 Votos)

    Es una buena noticia, pero como dice el autor :
    “Nuestro desarrollo se relaciona con el aumento de densidad de potencia,
    no la densidad de energía.
    La densidad de energía de nuestro material es similar a la baterías LiFePO4 normales.”

    Osea que creo que se asemeja más a un SUPERCONDENSADOR con una mayor densidad de energía.
    Se podrían complementar este tipo de baterias en un coche.
    Estas baterias biene muy bien para recuperar la energía en las frenadas ó si se complementa con un sistema de recarga sin cables, (por inducción magnética ) se podrían realizar recargas rápidas mientras se espera en un semáforo.

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