Un equipo compuesto por investigadores alemanes y chinos han dado con un nuevo material con el que mejorar la densidad energética de las baterías. Dicho material está destinado al ánodo de la batería. Los investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe y de la Universidad de Jilin apuestan por el titanato de litio y lantano, alojándolo en una estructura cristalina de perovskita –LTTO-. Su trabajo se ha publicado en la revista “Nature Communications”.
Los ánodos de las baterías se componen de un colector de corriente; sobre él se aplica un material en el que almacenar energía en forma de enlaces químicos. Normalmente, este material es el grafito… pero su tasa de carga y su densidad de energía son muy bajas; además, resulta poco seguro. Por eso la ciencia busca nuevas formas de aprovechar el litio. Los especialistas tratan de almacenar la máxima cantidad de energía en el menor espacio posible, y con el mínimo peso. Saben que si emplean óxido de titanato de litio -LTO- dispara la tasa de carga del ánodo, ganándose también en seguridad… pero, a cambio, su densidad de energía es menor que en las baterías de ion litio tradicionales.
Todo son ventajas
¿Cómo conseguir lo mejor del LTO suprimiendo sus puntos débiles? Generando el material LTTO. Gracias a la estructura de perovskita alrededor del titanato, el LTTO tiene un potencial de electrodo más reducido; en consecuencia, su voltaje de celda es más alto. Todo ello se traduce en una mayor densidad energética, subsanando precisamente el punto débil del LTO. “El voltaje de la celda y la capacidad de almacenamiento determinan en última instancia la densidad de energía de una batería”, explica el profesor Helmut Ehrenberg, del Instituto de Tecnología de Karlsruhe; “en el futuro, los ánodos LTTO podrían utilizarse para construir celdas de alto rendimiento particularmente seguras, con una larga vida útil”.
En su experimento, después de someterlo a 3.000 ciclos de carga, el ánodo de LTTO conservaba un 79% de su capacidad. Además, su voltaje de trabajo se mantuvo por debajo de un voltio, otra cifra muy positiva para la densidad de energía.
Partículas más grandes y fáciles de manejar
En una batería, el tiempo de carga necesario y la corriente de descarga dependen del transporte de los iones y electrones; tanto en el interior de batería, como en las interacciones entre electrodos y electrolitos. Para aumentar la velocidad de carga, se suele intentar reducir el tamaño de las partículas de las que estén hechos los electrodos, de la microescala a la nanoescala. Las partículas de LTTO miden varios micrómetros… pero el estudio demuestra que presentan mejores tasas de carga y densidad energética que las nanopartículas de LTO. Ello se consigue porque se mantiene una débil unión de los iones cargados a la estructura cristalina.
Pero, a la hora de la verdad, puede que la ganancia más importante sea en practicidad: “Gracias a las partículas más grandes, el LTTO permite básicamente procesos de fabricación de electrodos más simples y más rentables”, destaca Erhrenberg. Su grupo de trabajo ya ha avanzado que seguirá investigando nuevos materiales basados en el titanio, para la fabricación de ánodos.
