La autonomía es una de las principales limitaciones de las baterías de litio-ion en su aplicación en vehículos eléctricos o artefactos electrónicos de todo tipo. Ingenieros del MIT han avanzado en la creación de una nueva tipología de baterías de litio-ion, que gracias a la utilización de nanotubos de carbono logran ampliar su capacidad de almacenamiento energético y pueden funcionar así por más tiempo sin requerir recargas.
Entre las conclusiones a las que arribó el equipo del MIT puede destacarse que una batería de litio-ion con un electrodo positivo compuesto de nanotubos de carbono alcanza una potencia diez veces mayor que una batería convencional, y puede almacenar cinco veces más energía.
La nueva tecnología aplicada en estas baterías de nanotubos podría ampliar el uso de estos dispositivos en vehículos eléctricos y proporcionar un funcionamiento sin necesidad de recarga por períodos más largos en aparatos electrónicos, incluyendo por ejemplo teléfonos celulares inteligentes.
Los electrodos fabricados por el grupo del MIT poseen una elevada capacidad de almacenamiento, así como una gran potencia. El litio se almacena en la superficie, pudiendo entrar y salir del electrodo con rapidez, lo que agiliza en gran medida la carga y descarga de la batería.
Ventajas del proceso aplicado
La clave para la efectividad en el desempeño de los electrodos desarrollados en el MIT se encuentra en el proceso de montaje aplicado, en el cual intervienen las películas de nanotubos de carbono. El grupo de investigación fue liderado por los ingenieros del MIT Paula Hammond y Yang Shao-Horn.
Luego de desarrollar distintos métodos que permiten incrementar el almacenamiento y la potencia energética de los electrodos, los especialistas han adaptado los sistemas para poder incorporarlos en las baterías de litio-ion. El avance fue difundido a través de una nota de prensa del MIT, además de haber sido publicado en la revista especializada Nature Nanotechnology.
Según explicó Shao-Horn, debido a la gran superficie que poseen y a la estructura porosa de los electrodos de nanotubos, los iones pueden reaccionar en muchos lugares diferentes de la estructura, lo que les permite entrar y salir rápidamente y, de esta manera, incrementar la capacidad energética de las baterías de nanotubos.
De acuerdo a los resultados obtenidos, esta investigación podría transformarse en el comienzo de una importante serie de mejoras en las baterías de litio-ion, utilizando para ello distintos enfoques en ingeniería de materiales. Asimismo, el trabajo ha permitido demostrar nuevamente que el desarrollo de métodos de control estructural a nanoescala conduce a mejoras importantes en materiales de altas prestaciones.
Hacia el futuro
El siguiente paso, según explicó Hammond, es acelerar el proceso de producción de los nanotubos a utilizar en las baterías, ya que para determinadas aplicaciones (como por ejemplo en automóviles) se requieren películas más espesas y de mayores dimensiones. Esto facilitaría enormemente la inserción de las nuevas baterías en el campo industrial y comercial.
En principio, los electrodos pueden encontrar numerosas aplicaciones en dispositivos portátiles pequeños, y con más investigación podrían conducir a mejorar las baterías de litio-ion más grandes, o sea aquellas aplicaciones que requieren de mayor poder energético como en el caso de los automóviles eléctricos.
Para producir los nuevos electrodos, el equipo utilizó un método de fabricación capa por capa, en la que un material de base es expuesto a soluciones que contienen nanotubos de carbono tratados con compuestos orgánicos simples, que les otorgan cargas positivas o negativas según el caso. Cuando estas capas se alternan en una superficie, se enlazan y conforman una película estable y duradera.
Además de las ventajas indicadas, como la alta potencia o la mayor capacidad de almacenamiento, los electrodos de nanotubos de carbono mostraron muy buena estabilidad en el tiempo. Después de mil ciclos de carga y descarga aplicados a una batería de pruebas, no se registró ningún cambio perceptible en el rendimiento del material.