LG ES y UC San Diego anuncian una batería de estado sólido basada en silicio
Investigadores de LG Energy Solution y de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un nuevo tipo de batería que combina dos enfoques tecnológicos. La batería tiene tanto un electrolito de estado sólido como un ánodo totalmente de silicio, lo que la convierte en una batería de estado sólido totalmente de silicio.
Según el equipo del proyecto, las primeras rondas de pruebas han demostrado que la nueva batería es segura, tiene una larga vida útil y una alta densidad energética. Los desarrolladores afirman que esto resulta prometedor para una amplia gama de aplicaciones, desde el almacenamiento en red hasta los vehículos eléctricos. Entre otras cosas, el equipo ha logrado producir una célula completa a escala de laboratorio que permite 500 ciclos de carga y descarga con una retención de la capacidad del 80% a temperatura ambiente. Para corroborar la seriedad del planteamiento, los iniciadores señalan que se acaba de publicar un artículo sobre la nueva tecnología de baterías en la revista Science.
"Con esta configuración de batería, abrimos un nuevo territorio para las baterías de estado sólido que utilizan ánodos de aleaciones como el silicio", afirmó Darren H. S. Tan, autor principal del estudio y cofundador de la empresa emergente UNIGRID Battery, que ha obtenido la licencia de la tecnología. Se dice que los ánodos de silicio tienen una densidad energética diez veces superior a la de los ánodos de grafito, pero hasta la fecha han demostrado ser a menudo inestables. El resultado es que el número de procesos de carga y descarga con un rendimiento constante ha estado muy limitado hasta ahora.
"Gran parte del problema se debe a la interacción entre los ánodos de silicio y los electrolitos líquidos con los que se emparejan. La situación se complica por la gran expansión de volumen de las partículas de silicio durante la carga y la descarga. Esto provoca importantes pérdidas de capacidad con el paso del tiempo", esboza el equipo del proyecto. Saben que uno de los mayores problemas es la inestabilidad de la interfaz del electrolito líquido. Por eso adoptaron un enfoque diferente.
El equipo eliminó el carbono y el aglutinante, sustituyó el electrolito líquido por un electrolito sólido a base de sulfuro y utilizó el mencionado ánodo de silicio puro. Además, los investigadores recurrieron al microsilicio, menos procesado y más barato que el nanosilicio, más utilizado. Al utilizar esta estructura, el equipo afirma haber evitado una serie de problemas que surgen cuando los ánodos se saturan con el electrolito líquido orgánico durante el funcionamiento de la pila. Al mismo tiempo, afirman, la omisión del carbono en el ánodo redujo significativamente el contacto interfacial y el resultado de reacciones secundarias indeseables con el electrolito sólido, evitando así la pérdida continua de capacidad que se produce normalmente con los electrolitos de base líquida.
En cuanto al electrolito sólido a base de sulfuro utilizado, los científicos añaden que "a menudo se considera muy inestable". Sin embargo, esto se basa en las interpretaciones termodinámicas tradicionales utilizadas para los sistemas de electrolitos líquidos, que no hacen justicia a la excelente estabilidad cinética de los electrolitos sólidos, subrayan los iniciadores.
"El enfoque del silicio en estado sólido supera muchas limitaciones de las baterías convencionales. Presenta oportunidades apasionantes para que podamos satisfacer las demandas del mercado de mayor energía volumétrica, menores costes y baterías más seguras, especialmente para el almacenamiento de energía en red", afirma Darren H. S. Tan. Paralelamente, continúa el trabajo preliminar en la UC San Diego, que incluye una colaboración de investigación adicional con LG Energy Solution.
"Con el último hallazgo, LG Energy Solution está mucho más cerca de hacer realidad las técnicas de baterías totalmente de estado sólido, lo que diversificaría enormemente nuestra línea de productos de baterías", expresó Myung-hwan Kim, presidente y director de adquisiciones de LG Energy Solution. "Como fabricante líder de baterías, LGES seguirá esforzándose por fomentar las técnicas más avanzadas en la investigación puntera de las células de baterías de nueva generación". Entre otras cosas, LG Energy Solution seguirá ampliando su colaboración en materia de investigación con la UC San Diego en el campo de las baterías de estado sólido.
Con información de Cora Werwitzke, Francia.
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