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Baterías de litio con electrolito gaseoso: una nueva frontera

junio 9, 2021

Hasta ahora, hablar del futuro de las baterías casi siempre significaba hablar de estado sólido. Pero ahora los ingenieros de la Universidad de San Diego, California, afirman que se pueden lograr grandes resultados incluso con un … electrolito gaseoso.

Ya. El secreto sería utilizar un gas que pueda mejorar en gran medida tanto la seguridad de las baterías de iones de litio como su rendimiento. Excepto que necesita temperaturas extremadamente bajas para funcionar correctamente. Tanto como para convertirlo en un gas licuado, un gas que en determinadas condiciones de temperatura y presión se encuentra en estado líquido.

No le temen al frio

El nuevo electrolito, que consiste en fluorometano, se inserta en las células mediante vaporización. “Nuestro electrolito gaseoso -explica Zheng Chen, profesor de nanotecnología que dirigió el estudio- pasa a estado líquido y de esta forma atrapa las moléculas de gases volátiles dentro de la batería haciéndola estable y mucho menos sujeta a aumentos de presión”.

No es solo una cuestión de seguridad. El nuevo electrolito, como se mencionó, funciona muy bien incluso a temperaturas muy bajas. A -40 grados, por ejemplo, mostró una capacidad de 500 miliamper horas por gramo. A esa misma temperatura, una batería tradicional esencialmente ya no tiene capacidad. Además, después de dejarla inactiva durante dos meses a -40 grados, la batería con electrolito gaseoso ha vuelto a funcionar con el mismo rendimiento que antes. Prueba de que resiste el desgaste y que puede contar con una vida útil muy larga.

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Por el espacio o los abismos

Una batería que puede funcionar bien en climas fríos ofrece increíbles beneficios en ciertas áreas de uso. En aplicaciones aeroespaciales (campo en el que se están probando baterías de varios tipos), por ejemplo, en satélites o en embarcaciones que descienden a las profundidades del mar.

El trabajo del profesor Chen y su equipo continúa la investigación realizada por el profesor Yung Shirley Meng, también de la Universidad de San Diego, quien fue el primero en fabricar baterías de iones de litio que pueden funcionar correctamente incluso a -60 grados centígrados. El secreto radica en el electrolito de fluorometano, que resiste la congelación de manera mucho más eficaz y continúa funcionando correctamente en condiciones en las que una batería de iones de litio normal pierde gran parte de su capacidad.

El problema del cambio de estado

Sin embargo, no faltan los inconvenientes. Si estas baterías funcionan bien en el frío, pueden entrar en crisis a medida que aumenta la temperatura o disminuye la presión interna. En estos casos, el fluorometano podría volver al estado gaseoso. Y eso daría lugar a un gran problema de seguridad. Para mantener el electrolito en forma líquida, por lo tanto, es necesario crear celdas de alta presión.

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O, como explica el profesor Chen, se debe encontrar una manera de mantener el gas en estado líquido incluso con presiones más bajas. Y aquí es donde los investigadores han logrado avances significativos. Gracias al uso de nanotecnologías han creado una estructura metalorgánica porosa denominada MOF (Metal Organic Framework), que permite que las partículas del electrolito queden atrapadas y se mantengan en estado líquido incluso sin aumentar excesivamente las presiones. Este es un fenómeno conocido como condensación capilar.

“Gracias a la presencia de nuestro MOF – explica Chen – es posible mantener el electrolito en estado líquido incluso a presiones inferiores a las necesarias si no se utiliza esta estructura”. Por ejemplo, el fluorometano se condensa a -30 grados cuando se somete a una presión de 8 atmósferas. Sin embargo, con el MOF es suficiente una presión de 0,74 atmósferas. Los investigadores utilizan una presión interna de aproximadamente 4,7 atmósferas, lo que garantiza el mantenimiento del estado líquido del gas incluso a temperaturas más altas.

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