Ingenieros del Instituto de Tecnología de Georgia (Georgia Tech) han resuelto problemas comunes de las baterías utilizadas en los vehículos eléctricos utilizando electrolitos de caucho. El avance clave ha consistido en permitir que el material formara una fase de cristal plástico interconectado tridimensional (3D) dentro de la matriz de goma sólida. Esta estructura única ha dado como resultado una alta conductividad iónica, propiedades mecánicas superiores y estabilidad electroquímica.
Para que los vehículos eléctricos se conviertan en la corriente principal, necesitan baterías rentables, más seguras y más duraderas que no exploten durante el uso ni dañen el medio ambiente. Los investigadores de Georgia Tech, en colaboración con el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea, pueden haber encontrado una alternativa prometedora a las baterías de iones de litio convencionales fabricadas con caucho.
Los elastómeros, o cauchos sintéticos, se utilizan ampliamente en productos de consumo y tecnologías avanzadas, como la electrónica portátil y la soft robotics o robótica blanda, debido a sus propiedades mecánicas superiores.
Los investigadores descubrieron que el material, cuando se formuló en una estructura 3D, actuó como una autopista para el transporte rápido de iones de litio con una resistencia mecánica superior, lo que resultó en baterías de carga más prolongadas que pueden llegar más lejos.
Diseño 3D para mayor rendimiento y seguridad
En las baterías de iones de litio convencionales, los iones se mueven mediante un electrolito líquido. Sin embargo, la batería es intrínsecamente inestable, ya que el más mínimo daño puede filtrarse en el electrolito y provocar una explosión o un incendio. Los problemas de seguridad han obligado a la industria a buscar baterías de estado sólido, que pueden fabricarse con material cerámico inorgánico o polímeros orgánicos.
Este electrolito de caucho se puede fabricar mediante un proceso de polimerización simple en condiciones de baja temperatura, generando interfaces sólidas y suaves en la superficie de los electrodos. Estas características únicas de los electrolitos de caucho evitan el crecimiento de dendritas de litio y permiten que los iones se muevan más rápido, lo que permite un funcionamiento fiable de las baterías de estado sólido incluso a temperatura ambiente.
El novedoso diseño 3D conduce a un aumento en la densidad de energía y el rendimiento. Los investigadores ahora están buscando formas de mejorar el rendimiento de la batería aumentando su tiempo de ciclo y disminuyendo el tiempo de carga a través de una conductividad iónica aún mejor. Hasta ahora, sus esfuerzos han visto una mejora del doble en el rendimiento/tiempo de ciclo de la batería.