Los investigadores de la Universidad de Texas han desarrollado las primeras baterías de estado sólido, capaces de almacenar cinco veces más energía que la actual batería de iones de litio.

John Goodenough, co-inventor de la batería de iones de litio y profesor de la Escuela de Ingeniería Cockrell de la Universidad de Texas, Austin, lideró esta investigación. Goodenough se asoció con Maria Helena Braga, física y compañera investigadora de la Escuela de Ingeniería de Cockrell, para crear una batería revolucionaria y de bajo costo con el potencial de almacenar suficiente energía para alimentar hogares, botes y un vehículo todo eléctrico de carretera. prioridad.

La batería original de iones de litio fue creada en 1980, y utiliza electrolitos líquidos que sirven como un recipiente para iones de litio que viajan desde el extremo del ánodo cargado negativamente de la batería hasta el extremo del cátodo con carga positiva. Los electrolitos líquidos limitan la duración de la batería y permiten que se formen dendritas, lo que podría provocar incendios o explosiones si la batería se cortocircuita. La nueva batería de Goodenough utiliza electrolitos de vidrio sólido que mejoran la eficiencia, permiten una mayor duración de la batería y bloquean la formación de dendritas.

Después de 37 años de confiar en la batería original de iones de litio, muchos científicos en el campo son escépticos del nuevo descubrimiento de Goodenough. Algunos científicos creen que viola la primera ley de la termodinámica. Dan Steingart, un profesor de ingeniería mecánica en Princeton, va tan lejos como decir, "Todo lo que entiendo sobre química y termodinámica dice que esto es imposible". Para quienes lo dudan, Goodenough responde: "Los escépticos no entienden las propiedades de una heterounión electrodo / electrolito".

La Red Universitaria habló con Goodenough para abordar los orígenes de su idea, los beneficios ambientales de la batería y la validez de las afirmaciones de sus escépticos.

TONEL: ¿Dónde y cuándo surgió la idea de este producto? ¿Es esto algo que usted ha tenido en mente desde la invención de la batería de iones de litio?

Suficientemente bueno: La batería de iones de litio de su teléfono celular está plagada por su electrolito líquido; A) es inflamable, lo que plantea problemas de seguridad, (b) es (C) se oxida con un voltaje de cátodo frente al litio que es mayor que 4.3 V, (d) placas de litio en un ánodo de carbono si se carga demasiado rápido, y galvanoplastia De litio metálico a partir del electrolito líquido puede dar lugar a bigotes de litio (dendritas) que crecen en cargas repetidas a través del electrolito al cátodo para crear un cortocircuito interno que produce fugas térmicas y encendido del electrólito. La solución a este problema es encontrar un electrolito sólido a partir del cual el litio metálico puede ser libre de dendritas galvanizadas y no se reduce en contacto con litio metálico. Sin embargo, los electrólitos de polímero y cerámica tradicionales tienen una conductividad de cationes alcalinas demasiado baja para competir con el electrolito líquido. Nuestra primera tarea fue averiguar cómo planchar un ánodo de litio metálico libre de dendritas de un electrolito líquido, polimérico y / o sólido. Acababa de resolver ese problema cuando la profesora Maria Helena Braga de Porto, Portugal, me trajo un vaso notable que había preparado. No sólo su vidrio transporta a temperatura ambiente cationes alcalinos casi tan rápido como el electrolito líquido, sino que también contiene una alta constante dieléctrica indicativa de la presencia de dipolos eléctricos. Rápidamente demostró que un ánodo de litio libre de dendritas puede ser rápidamente depositado / eliminado de forma reversible durante miles de ciclos de carga / descarga; También se demostró que podemos placa de litio reversible desde el ánodo a un colector de cobre cátodo colector con un voltaje tan alto como 3 V.

TONEL: ¿Puede explicar más detalladamente los beneficios ambientales de la nueva batería? ¿Qué tan cerca podría esta batería nos puso hacia nuestro objetivo de sostenibilidad?

Suficientemente bueno: Las baterías comerciales con esta tecnología necesitan ser desarrolladas por compañías de baterías que estén dispuestas a licenciar la tecnología. Creemos que los productos prácticos pueden estar en el mercado dentro de 3 años, pero el desarrollo tiene que ser hecho por la industria. Nuestro primer objetivo, que creemos que es alcanzable, será una batería que puede alimentar un vehículo todo-eléctrico de carretera que tiene un rendimiento, costo y comodidad que es competitivo con los vehículos accionados por un motor de combustión interna. Este desarrollo eliminaría la contaminación del aire distribuida que asfixia a las ciudades y contribuirá al calentamiento global. Además, estas baterías también podrían almacenar para la red la energía eléctrica generada por los molinos de viento y las células fotovoltaicas, reduciendo así en gran medida nuestra dependencia insostenible de los combustibles fósiles para nuestra energía.

TONEL: Si hay un producto terminado y resultados visibles, ¿hay alguna validez para los reclamos de sus escépticos?

Suficientemente bueno: Los escépticos no entienden las propiedades de una heterojunción de electrodo / electrolito, pero son correctos que el grosor de un litio plateado en un colector de corriente de cátodo está limitado de manera que los cátodos de gran densidad de energía se restrinjan a películas delgadas sobre una superficie grande Dentro de un pequeño volumen. Sin embargo, también hemos demostrado (aún no publicado) una célula de alto voltaje que utiliza una inserción reversible convencional del catión de trabajo en un huésped de óxido con una capacidad de proporcionar una tensión de célula de hasta 5 V y una carga / descarga larga ciclo de vida.