Un grupo de investigadores de carácter internacional ha conseguido desarrollar una tecnología para sintetizar los óxidos laminares ricos en litio, utilizados como cátodo en las baterías de iones de litio. Estos materiales de bajo coste han demostrado una capacidad y velocidad muy altas, convirtiéndose en candidatos prometedores para el desarrollo de los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía.
El equipo está formado por el Instituto de Tecnología de Karlsruhe, el Centro de Investigación Jülich, la Universidad Técnica de Munich (Alemania), la Universidad de Sichuan (China), la Universidad de Wollongong (Australia) junto con investigadores de Desy (Alemania) y del catalán Sincrotrón Alba.
Los expertos han propuesto un método escalable para la síntesis de estos materiales: un sistema de co-precipitación seguido de un proceso de calentamiento mediante microondas. Además de describir detalladamente el proceso, el experimento ha demostrado que los materiales sintetizados con este método tienen una alta capacidad de almacenamiento de energía así como una rápida velocidad de descarga, siendo aproximadamente 10 veces más rápido que las baterías convencionales. En un comunicado de Sincrotrón Alba destacan que esto es muy importante en dispositivos como las baterías de los coches eléctricos, ya que para acelerar necesitan mucha energía en pocos segundos.
«Estos compuestos son muy prometedores para ser utilizados como cátodos en la próxima generación de baterías de iones de litio porque funcionan a altos voltajes y ofrecen capacidades mayores. Eso significa que baterías más pequeñas podrán entregar más energía», explica Björn Schwarz, investigador del Instituto de Tecnología de Karlsruhe.
Problemas de las actuales baterías
Las baterías que se utilizan hoy en día están fabricadas de iones de litio, que se componen de dos materiales principales: el propio litio y de cobalto. Este último es un elemento difícil de obtener, altamente tóxico y la materia prima más cara de este tipo de dispositivo.
Asimismo, en el funcionamiento de carga y descarga de la batería, los iones de litio se desplazan entre el ánodo y el cátodo que conectan la batería. Para obtener una mayor capacidad de almacenamiento de energía, es necesario que la cantidad de iones de litio que contiene el cátodo sea lo máximo posible. Pero el inconveniente que tiene los cátodos con cobalto es su rendimiento limitado, ya que solo utilizan alrededor del 50 % de la capacidad total de todo el material. Es por esta razón por la que los investigadores intentan encontrar otras fuentes con las que elaborar las baterías con cátodos ricos en litio sin cobalto.
Estas futuras baterías poseen un inconveniente que es que el «ciclo de vida sigue siendo limitado, lo que reduce sus aplicaciones. Sus propiedades electroquímicas están directamente relacionadas con su composición de fases y su preparación. Por eso es clave investigarlos a fondo», aclara Schwarz.