Dij03282024

Darrera actualitzacióDij, 29 febrer 2024 11am

Back Estàs aquí:Inicio Nous materials Projectes Últimes tendències en bateries

Últimes tendències en bateries

Del 10 al 15 de març, Barcelona acull la reunió anual de la International Battery Association, en la qual es reuniran tant científics que treballen en el desenvolupament de bateries com empreses i estudiants d’arreu del món. La trobada, organitzada per l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB) del CSIC i que ha tancat ja la inscripció per la gran afluència (més de 180 assistents inscrits), serà una posada al dia de la recerca més recent en aquest àmbit.

M. Rosa Palacín, investigadora del CSIC a l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona i coordinadora de l'esdeveniment, explica alguna de les línies actuals de la investigació en aquesta àrea. La majoria es centren en la recerca de nous materials per fer les bateries més eficients, segures i econòmiques, i augmentar la seva durada per satisfer la creixent demanda de l'electrònica portàtil i de l'automoció.

L'energia que proveeix la bateria es deriva dels electrons que passen d'un elèctrode a l'altre, a través del circuit extern. Esquema: ICMAB.Millorar els materials

Una bateria és un dispositiu químic d'emmagatzematge d'energia que consta de dos compostos electroquímicament actius, que constitueixen la matèria activa dels elèctrodes, separats per un mitjà aïllant electrònic però conductor iònic, l'electròlit. L'energia que proveeix la bateria es deriva dels electrons que passen d'un elèctrode a l'altre, a través del circuit extern, i que són compensats per una transferència d'ions a través de l'electròlit. Quan el material actiu d'un dels elèctrodes s'esgota, la bateria es troba totalment descarregada.

Si el procés pot invertir-se aplicant un corrent elèctric extern, les bateries es poden recarregar. La quantitat de vegades que pugui recarregar-se una bateria mantenint una certa capacitat (aproximadament el 80% de la inicial) és el que es coneix com a vida mitjana de la bateria en nombre de cicles de càrrega/descàrrega. Així, millorar aspectes com la potència, duració o seguretat passa per millorar els materials que formen els elèctrodes i l'electròlit.

Energia i potencia

La tecnologia basada en liti ha permès un gran desenvolupament de les aplicacions portàtils donada la seva gran densitat d'energia i de potència. Però no hi ha una única tecnologia de ió liti, ja que els materials d'elèctrodes poden ser molt diversos depenent de les prioritats: el fosfat de liti i ferro és menys tòxic i més segur que l'òxid de liti i cobalt però a costa d'una energia  inferior, per exemple. Tanmateix, "tot depèn de l'aplicació a la qual es destina" aclareix la investigadora M. Rosa Palacín. "En alguns casos cal prioritzar la potència i en altres l’energia. En les eines elèctriques, que s'usen de forma breu però requereixen una densitat important d'energia, es necessita potència; en canvi, en el cas d'aplicacions de menor potència (mòbils), interessa més l’energia que la potència".

Millorar aspectes com la potència, durada o seguretat passa per millorar els materials que formen els elèctrodes i l'electròlit.

Altres materials amb els quals s'investiga són aliatges metàl•lics, sobretot basats en estany i silici, que si es poguessin utilitzar en l'elèctrode negatiu donarien lloc a un augment molt significatiu de la capacitat. També s'han estudiat els anomenats "materials de conversió" (com òxids simples de ferro, cobalt, etcètera) que donen lloc a grans capacitats però tenen problemes intrínsecs que a dia d'avui no s'han pogut encara solucionar, com la gran diferència entre els voltatges de càrrega i descàrrega.

Més seguretat

Un problema recurrent és el de la seguretat. L’electròlit és un dissolvent orgànic inflamable. En determinades condicions més extremes (sobrecàrrega o curtcircuits, per exemple) poden provocar que aquest material inflamable cremi. Així sembla que ha passat en casos recents com el d'un Boeing 757 Dreamliner, al qual se li va cremar la bateria (aparentment per una sobrecàrrega), o el d'un cotxe elèctric que després d'una envestida en un accident va començar a cremar.

Per això, la investigació busca nous materials que previnguin aquestes situacions. Per exemple, es treballa en elèctrodes que no desprenguin oxigen (com el fosfat de liti i ferro, esemantat abans) o en electròlits que incorporin components (líquids iònics) o additius que redueixin la inflamabilitat.

Més futuristes són les bateries de liti-sofre i de liti-aire, conceptualment molt interessants i sobre les quals s'han creat moltes expectatives però que encara tenen problemes fonamentals per resoldre. M. Rosa Palacín explica que "podrien donar una densitat energètica molt alta per menys preu, però encara han de superar molts esculls". D'entre elles, la més viables sembla la bateria liti-sofre, però no a curt termini. "El sofre es dissol en l'electròlit, el que acaba arruïnant la bateria en molt poc temps."

Sobre la nanotecnologia, Palacín apunta que pot ser d'ajuda quan els materiuals emprats en la bateria són molt segurs. En cas contrari, no seria una bona opció, ja que ja que els materials a escala nanomètrica solen presentar menor densitat i més solen exacerbar reaccions secundàries no desitjades, com la descomposició catalítica de l'electròlit.

Bateries de sodi

Una línia prometedora està en les bateries d'ió sodi. L'equip dirigit per M. Rosa Palacín, a l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona, està treballant en aquesta línia. "El sodi és més barat que el liti (un element escàs i car) i la química és semblant", apunta Palacín.

"N'hi ha que proposen utilitzar el liti per les bateries en qualsevol aplicació però en casos on el pes no és tan important, com en aplicacions estacionàries, és millor l'opció del sodi, ja que és un element abundant i barat". Encara està per veure la capacitat que poden tenir les bateries d’ió sodi, encara que els investigadors creuen que podria ser similar a les bateries d’ió liti.