Lunes, 18 de Abril de 2016 08:35

Una bater�a experimental triplica el almacenamiento de energ�a y podr�a estirar la autonom�a de los veh�culos el�ctricos

Antonio Mart�n
Califica este artículo
(7 votos)
El investigador de la Departamento de Qu�mica Inorg�nica e Ingenier�a Qu�mica de la Universidad de C�rdoba Gregorio Ortiz ayuda a Bai Xue, de la Universidad de Ciencia y Tecnolog�a de Pek�n, durante una pr�ctica El investigador de la Departamento de Qu�mica Inorg�nica e Ingenier�a Qu�mica de la Universidad de C�rdoba Gregorio Ortiz ayuda a Bai Xue, de la Universidad de Ciencia y Tecnolog�a de Pek�n, durante una pr�ctica A. M.

El dispositivo, testado en condiciones de laboratorio por la Universidad de C�rdoba, mejora las pilas convencionales de ion de litio

La popularizaci�n de veh�culos el�ctricos depender�, en gran parte, de la autonom�a de los mismos. Frente a los convencionales y duraderos motores de combusti�n, las bater�as el�ctricas alcanzan actualmente como m�ximo unos 160 kil�metros. Dicho de otro modo, un coche el�ctrico s�lo puede recorrer la distancia equivalente a la que hay entre C�rdoba y M�laga sin tener que enchufarse de nuevo a la red. Ahora, la Universidad de C�rdoba ha logrado, de manera experimental, triplicar la densidad de energ�a de las pilas que mueven estos medios de transporte. Con este resultado, en teor�a, se podr� estirar su radio de acci�n y llegar m�s lejos, antes de usar de nuevo un enchufe.

Las bater�as de los veh�culos el�ctricos, y de los dispositivos m�viles, est�n desarrolladas con una tecnolog�a denominada de iones de litio. En general, en una bater�a se genera una corriente el�ctrica gracias a la existencia de dos polos llamados �nodo y c�todo, que intercambian electrones en un circuito externo e iones en su interior. En este proceso constante, hasta que se agota el intercambio, se puede aprovechar la energ�a para hacer funcionar un aparato el�ctrico. En este caso, los iones son de litio, un metal alcalino muy interesante por su potencial electroqu�mico, la base para la consecuci�n de pilas.

�Sin embargo, las bater�as de ion de litio tienen dos problemas para su popularizaci�n, por un lado hay que depurar la seguridad de las mismas, y por otro, est� su densidad de energ�a�, explica Jos� Luis Tirado, investigador principal del equipo del Departamento de Qu�mica Inorg�nica e Ingenier�a Qu�mica de la Universidad de C�rdoba que ha desarrollado esta nueva pila experimental. Investigadores de todo el mundo trabajan en la mejora de alguno de estos dos aspectos, el de seguridad o el de la densidad de energ�a. En f�sica, la densidad de energ�a es la cantidad de energ�a acumulada en un sistema. Se mide en vatios-hora por kilogramo. En el mercado, las actuales bater�as de ion de litio presentan unos rangos cercanos a los 120 vatios-hora por kilogramo.

�La densidad depende del voltaje, por un lado, y de capacidad de la pila, por el otro�, explica Tirado. Es un reto cient�fico aumentar la densidad sin que afecte a la seguridad del dispositivo. Se podr�a incrementar la tensi�n el�ctrica de una pila distanciando el potencial del �nodo y del c�todo, pero a mayor separaci�n, m�s inestabilidad en el intercambio de iones. Es el nudo gordiano para desarrollar bater�as m�s duraderas.

Aumentando el voltaje
Los investigadores de la UCO plantearon una opci�n ingeniosa. En vez de separar los electrodos que permiten generar la energ�a, elevaron su voltaje a la vez. Para el �nodo establecieron una tensi�n el�ctrica de 1,8 voltios, mientras que para el c�todo la situaron en torno a los 5,1 voltios. �Observamos que el voltaje total hab�a sido incrementado con �xito y de manera segura y no se perd�a diferencia de potencial�, resume el catedr�tico Tirado. Los resultados de la investigaci�n han sido publicados recientemente en la revista cient�fica Scientific Reports, del grupo editorial Nature.

La pila experimental de ion de litio logra superar los 400 vatios-hora por kilogramo en condiciones de laboratorio, el triple que las que est�n en el mercado. Aun en situaciones m�s realistas, la nueva bater�a ten�a un comportamiento notablemente mejor que las convencionales, con densidades de energ�a de hasta 284 vatios-hora por kilogramo. �Hay que tener en cuenta que en los dispositivos en los que se emplean, estas bater�as son ajustadas a los mismos y pierden algo de densidad de energ�a, por eso era importante comprobar esas condiciones reales�, matiza el investigador.

Colaboraci�n internacional
El trabajo es fruto de la colaboraci�n de la Universidad de C�rdoba con la Universidad de Xiamen (China, en el sudeste del pa�s). Financiada por los programas Erasmus Mundus, Ram�n y Cajal y Nacional de Materiales de Espa�a, la UCO ha llevado el peso de la investigaci�n, con el desarrollo de todo el trabajo electroqu�mico en sus laboratorios. La cooperaci�n entre ambas instituciones permiti� que un investigador de la UCO, Gregorio Ortiz, realizara una estancia en Xiamen. All� pudo sintentizar y analizar por microscopia los materiales cat�dicos del experimento.

La nueva bater�a es un desarrollo escalable, por lo que puede resultar de inter�s tanto para la industria automovil�stica como para la electr�nica.

Gregorio F. Ortiz, Mar�a C. L�pez, Yixiao Li, Matthew J. McDonald, Marta Cabello, Jos� L. Tirado & Yong Yang. �Enhancing the energy density of safer Li-ion batteries by combining high-voltage lithium cobalt fluorophosphate cathodes and nanostructured titania anodes�. Scientific Reports 6, Article number: 20656 (2016) doi: 10.1038/srep20656