Una revolucionaria tecnología de baterías multiplicará por 10 o más la autonomía de los vehículos eléctricos

Desarrollan un cambio de juego para los coches eléctricos

30.03.2023 - Corea, República de

El mercado de vehículos eléctricos ha experimentado un crecimiento explosivo, con unas ventas mundiales que superarán el billón de dólares (aproximadamente 1.283 billones de KRW) en 2022 y unas ventas nacionales que superarán las 108.000 unidades. Inevitablemente, crece la demanda de baterías de alta capacidad que puedan ampliar la autonomía de los vehículos eléctricos. Recientemente, un equipo conjunto de investigadores de POSTECH y la Universidad de Sogang ha desarrollado un aglutinante polimérico funcional para un material anódico estable y de alta capacidad que podría multiplicar por 10 la autonomía actual de los vehículos eléctricos.

Un equipo de investigación dirigido por los profesores de POSTECH Soojin Park (Departamento de Química) y Youn Soo Kim (Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales) y el profesor Jaegeon Ryu (Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular) de la Universidad de Sogang desarrolló un aglutinante polimérico cargado para un material de ánodo de alta capacidad que es a la vez estable y fiable, y ofrece una capacidad 10 veces o superior a la de los ánodos de grafito convencionales. Este avance se logró sustituyendo el grafito por un ánodo de Si combinado con polímeros cargados por capas, manteniendo al mismo tiempo la estabilidad y la fiabilidad. Los resultados de la investigación se publicaron como artículo de portada en Advanced Functional Materials.

Los materiales para ánodos de alta capacidad, como el silicio, son esenciales para crear baterías de iones de litio de alta densidad energética; pueden ofrecer al menos 10 veces más capacidad que el grafito u otros materiales para ánodos disponibles en la actualidad. El problema es que la expansión de volumen de los materiales de ánodo de alta capacidad durante la reacción con el litio supone una amenaza para el rendimiento y la estabilidad de la batería. Para mitigar este problema, los investigadores han estado estudiando aglutinantes poliméricos que puedan controlar eficazmente la expansión volumétrica.

Sin embargo, hasta la fecha la investigación se ha centrado únicamente en la reticulación química y el enlace de hidrógeno. La reticulación química implica la unión covalente entre moléculas de aglutinante, lo que las hace sólidas, pero tiene un defecto fatal: una vez rotos, los enlaces no se pueden restaurar. Por otro lado, el enlace de hidrógeno es un enlace secundario reversible entre moléculas basado en diferencias de electronegatividad, pero su fuerza (10-65 kJ/mol) es relativamente débil.

El nuevo polímero desarrollado por el equipo de investigación no sólo utiliza el enlace de hidrógeno, sino que también aprovecha las fuerzas de Coulombic (atracción entre cargas positivas y negativas). Estas fuerzas tienen una fuerza de 250 kJ/mol, muy superior a la del enlace de hidrógeno, pero son reversibles, lo que facilita el control de la expansión volumétrica. La superficie de los materiales de los ánodos de alta capacidad está mayoritariamente cargada negativamente, y los polímeros cargados por capas se disponen alternativamente con cargas positivas y negativas para unirse eficazmente al ánodo. Además, el equipo introdujo polietilenglicol para regular las propiedades físicas y facilitar la difusión del ión-litio, lo que dio como resultado el grueso electrodo de alta capacidad y la máxima densidad energética de las baterías de ión-litio.

El profesor Soojin Park explicó: "La investigación encierra el potencial de aumentar significativamente la densidad energética de las baterías de iones de litio mediante la incorporación de materiales de ánodo de alta capacidad, ampliando así la autonomía de los vehículos eléctricos". Los materiales de ánodo basados en silicio podrían multiplicar por diez la autonomía".

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