El aluminio muestra potencial para baterías más seguras y económicas

Jul 12, 2023

Una buena batería necesita dos cosas: alta densidad de energía para alimentar los dispositivos; y estabilidad, por lo que se puede recargar miles de veces de forma segura y confiable. Durante las últimas tres décadas, las baterías de iones de litio han reinado, demostrando su rendimiento en teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y vehículos eléctricos.

Pero los investigadores de baterías han comenzado a acercarse a los límites del ion de litio. A medida que los vehículos de largo alcance y los aviones eléctricos de próxima generación comienzan a llegar al mercado, aumenta la búsqueda de sistemas de baterías más seguros, más baratos y más potentes que puedan superar a los de iones de litio.

Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, dirigido por el ingeniero Matthew McDowell, está utilizando papel de aluminio para crear baterías con mayor densidad de energía y mayor estabilidad. El nuevo sistema de baterías del equipo, detallado en Nature Communications, podría permitir que los vehículos eléctricos funcionen durante más tiempo con una sola carga y sería más barato de fabricar, al tiempo que tendría un impacto positivo en el medio ambiente.

"Uno de los beneficios de nuestro ánodo de aluminio es que permite mejorar el rendimiento y puede resultar muy rentable"

-McDowell

Este trabajo se realizó en parte en el Instituto Tecnológico de Electrónica y Nanotecnología de Georgia, miembro de la Infraestructura Coordinada Nacional de Nanotecnología, que cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.

"Siempre estamos buscando baterías con mayor densidad de energía, que permitirían a los vehículos eléctricos recorrer distancias más largas con una carga", dijo McDowell. "Podemos utilizar aluminio como material para baterías porque es rentable, altamente reciclable y fácil de trabajar".

Cuando se utiliza en una batería de iones de litio convencional, el aluminio se fractura y falla en unos pocos ciclos de carga y descarga debido a la expansión y contracción a medida que el litio entra y sale del material. Los desarrolladores concluyeron que el aluminio no era un material viable para baterías y la idea fue abandonada en gran medida.

Ahora, las baterías de estado sólido han entrado en escena. Mientras que las baterías de iones de litio contienen un líquido inflamable que puede provocar incendios, las baterías de estado sólido contienen un material sólido que no es inflamable y, por lo tanto, probablemente más seguras. Las baterías de estado sólido también permiten la integración de nuevos materiales activos de alto rendimiento.

Los investigadores han añadido pequeñas cantidades de otros materiales al aluminio para crear láminas con "microestructuras" particulares o disposiciones de diferentes materiales. Los ingenieros probaron más de 100 materiales diferentes para comprender cómo se comportarían en las baterías.

El ánodo de aluminio podría almacenar más litio que los materiales anódicos convencionales y, por tanto, más energía. Al final, los investigadores crearon baterías de alta densidad de energía que potencialmente podrían superar a las baterías de iones de litio.

"Uno de los beneficios de nuestro ánodo de aluminio es que permite mejorar el rendimiento y puede ser muy rentable", afirmó McDowell. "Cuando utilizamos una lámina directamente como componente de una batería, en realidad eliminamos muchos de los pasos de fabricación que normalmente serían necesarios para producir un material de batería".

Varias empresas están desarrollando aviones eléctricos de corto alcance, pero el factor limitante son las baterías. Las baterías actuales no contienen suficiente energía para impulsar a los aviones a volar distancias superiores a 150 millas aproximadamente. Se necesitan nuevas químicas de baterías, y las baterías de ánodo de aluminio del equipo podrían abrir la puerta a tecnologías de baterías más potentes.