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Baterías de litio de Nueva Tecnología, con 20% más de energía

batería de litio c27049, portada

Este avance de batería podría hacer vehículos eléctricos mucho más baratos gracias a la empresa Sila Nanotechnologies. La cual, ha logrado ganancias de rendimiento de dos dígitos para baterías de iones de litio, prometiendo reducir costos o agregar capacidades para automóviles y teléfonos, entre otros dispositivos.

Durante los últimos siete años, una startup con sede en Alameda, California, ha trabajado silenciosamente en un novedoso material de ánodos, el cual promete aumentar significativamente el rendimiento de las baterías de iones de litio.

Mejora significativa en las baterías de litio

Sila Nanotechnologies emergió de modo sigiloso, asociándose con BMW, para colocar los materiales de ánodo basados ​​en silicio de la compañía en al menos algunos de los vehículos eléctricos del fabricante de automóviles alemán para el año 2023. Un portavoz de la BMW dijo al periódico Wall Street Journal, que la compañía espera que el acuerdo conduzca a un aumento de 10 a 15% en la cantidad de energía que puede empacar en una celda de batería de un volumen dado.

El CEO de Sila, Gene Berdichevsky, dice que los materiales podrían eventualmente producir una mejora de hasta 40%.

Para los EV (o Electric Vehicle), un aumento en la llamada densidad de energía amplía significativamente el rango de kilometraje posible con una sola carga o disminuye el costo de las baterías, necesarias para alcanzar los rangos estándar. Para los dispositivos de consumo, podría aliviar la frustración que tenemos muchos de nosotros, que en los teléfonos o portátiles que no pueden sobrevivir a lo largo del día. O podría habilitar características de nueva generación que consumen mucha energía, como cámaras más grandes o redes 5G ultrarrápidas.

Los investigadores han pasado décadas trabajando para mejorar las capacidades de las baterías de iones de litio, pero esas ganancias generalmente solo llegan en algunos puntos porcentuales a la vez. Entonces, ¿cómo esta empresa, Sila Nanotechnologies, consiguió este gran incremento?

Berdichevsky, que era el empleado número siete en Tesla, y el CTO Gleb Yushin, profesor de ciencia de los materiales en el Instituto de Tecnología de Georgia, recientemente proporcionaron una explicación más profunda de la tecnología de la batería, la cual os dejo a continuación.

Como funciona una batería de litio con esta nueva innovación

Un ánodo es el electrodo negativo de la batería, que en este caso almacena iones de litio cuando se carga una batería. Los ingenieros han creído durante mucho tiempo que el silicio tiene un gran potencial como material de ánodo por una simple razón: se puede unir con 25 veces más iones de litio que el grafito, el cual, es el principal material utilizado actualmente en las baterías de iones de litio.

Pero esto viene con un problema. Cuando el silicio acomoda muchos iones de litio, su volumen se expande, haciendo que el material se estorbe durante la carga. Esa hinchazón también desencadena reacciones laterales electroquímicas que reducen el rendimiento de la batería de litio.

En 2010, Yushin fue coautor de un artículo científico que identificó un método para producir nanopartículas rígidas basadas en silicio que son internamente lo suficientemente porosas como para acomodar cambios de volumen significativos. Se asoció con Berdichevsky y otro antiguo ingeniero de baterías de Tesla, Alex Jacobs, para formar Sila el año siguiente.

La compañía ha estado trabajando para comercializar ese concepto básico desde entonces, desarrollando, produciendo y probando decenas de miles de variedades diferentes de nanopartículas de ánodo cada vez más sofisticadas. Descubrió formas de alterar la estructura interna para evitar que el electrolito de la batería se filtrara en las partículas, y logró docenas de aumentos incrementales en la densidad de energía que finalmente se sumaron a una mejora de aproximadamente el 20% con respecto a la mejor tecnología existente.




Finalmente, Sila creó una robusta partícula esférica de tamaño micrométrico con un núcleo poroso que dirige gran parte de la hinchazón dentro de la estructura interna. La parte exterior de la partícula no cambia de forma o tamaño durante la carga, lo que garantiza el rendimiento normal y la vida útil del ciclo de carga de la batería de litio.

Los polvos de ánodo compuesto resultantes, funcionan como un material de inserción para los fabricantes existentes de células de ion de litio.




Queda menos para ver baterías de litio más eficientes en el mercado

Con cualquier nueva tecnología de batería, se necesitan al menos cinco años para trabajar en los procesos de garantía de calidad y seguridad de la industria automotriz, de ahí la línea de tiempo de 2023 con BMW. Aun así, la empresa Sila, está en realizando avances más rápidos con la electrónica de consumo, donde espera ver productos que lleven sus baterías en las tiendas a principios del próximo año.

Venkat Viswanathan, ingeniero mecánico en Carnegie Mellon, dice que Sila está «haciendo un gran progreso». Pero advierte que las ganancias en una métrica de batería a menudo se producen a expensas de otras, como la seguridad, el tiempo de carga o el ciclo de vida, y eso funciona en el laboratorio no siempre se traduce perfectamente en productos finales.

Empresas como Enovix y Enevate también están desarrollando materiales de ánodo con silicio como dominante. Mientras tanto, otras empresas están siguiendo rutas completamente diferentes para el almacenamiento de mayor capacidad, en particular, incluidas las baterías de estado sólido. Estos utilizan materiales como vidrio, cerámica o polímeros para reemplazar electrolitos líquidos, que ayudan a transportar iones de litio entre el cátodo y el ánodo.




BMW también se asoció con Solid Power, un spin-off de la Universidad de Colorado Boulder, que afirma que su tecnología de estado sólido que depende de los ánodos de metal de litio puede almacenar de dos a tres veces más energía que las baterías de iones de litio tradicionales. Mientras tanto, Ionic Materials, que recientemente recaudó 65 millones de dólares de Dyson y otros, ha desarrollado un electrolito de polímero sólido que asegura que permitirá baterías más seguras y económicas que puedan funcionar a temperatura ambiente y que también funcionen con metal de litio.

Algunos expertos en baterías creen que la tecnología de estado sólido finalmente promete mayores ganancias en la densidad de energía, si los investigadores pueden superar algunos grandes obstáculos técnicos que aún quedan.

Pero Berdichevsky nos recalca, que los materiales de Sila están listos para productos que tenemos hoy en día, a diferencia de las baterías de metal de litio de estado sólido, no requieren ninguna actualización costosa de equipos por parte de los fabricantes de baterías.




A medida que la empresa desarrolla formas adicionales de limitar el cambio de volumen en las partículas basadas en silicio, Berdichevsky y Yushin creen que podrán extender aún más la densidad de energía, al tiempo que mejoran los tiempos de carga y la vida útil total del ciclo.

Esperamos ver pronto este tipo de baterías de litio en el mercado, y poder disfrutar de las grandes ventajas que conlleva, el tener mucha más energía en el mismo espacio. Al poder, también, reducir el peso de los propios dispositivos.

Os mantendremos informados en las noticias de Hardmaniacos.


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