En 2010, escribimos sobre mejores baterías usando nanotecnología de grafeno. Esa fue una colaboración entre el Departamento de Energía y Vorbeck Materials. Los científicos usaron grafeno para permitir que las baterías de iones de litio se recargaran en minutos en lugar de horas. Ha pasado bastante tiempo. Si bien el grafeno aún no se ha materializado, volvemos con algunos de los últimos avances en tecnología de baterías de iones de litio.
Nuevos paquetes de baterías
Han surgido nuevos paquetes de baterías de iones de litio de empresas como Milwaukee, DeWalt, Hitachi, Bosch, Makita y otros. Esta lista representa algunos de los avances tecnológicos más avanzados en paquetes de baterías de iones de litio realizados en los últimos años:
La mayoría de los avances en paquetes de baterías tienen que ver con el uso de celdas de batería nuevas o con el uso de voltajes múltiples. Milwaukee, Metabo y Bosch caen bajo el primero. DeWalt e Hitachi, este último. Makita está en la lista simplemente porque optaron por mantener la compatibilidad con versiones anteriores mediante el uso de dos baterías paralelas en su plataforma 18V X2 LXT.
Tabless 4680 celdas de batería de iones de litio
En el Día de la batería de Tesla, vimos el anuncio de una nueva celda de batería 4680 sin mesa. Ofrece 6 veces la potencia y 5 veces la energía de una celda 2170. También ofrece un 16 % más de autonomía en vehículos eléctricos como los producidos por Tesla. Solo el factor de forma de esta celda da como resultado una reducción del 14% en dólares por kilovatio-hora.
Con estas celdas de batería, cubre los materiales activos en películas como lo haría con cualquier batería. Sin embargo, obtiene un proceso de bobinado dramáticamente acelerado para estas celdas porque no necesita detenerse para la pestaña. Luego ensamblaron el «jellyroll» en la lata donde se agrega el electrolito y todo está terminado.
La nueva batería Tabless 4680 no solo produce una celda más grande. También aumenta la capacidad de producción de estas celdas y permite una carga y descarga más rápida. Esto ocurre porque el diseño sin mesa reduce drásticamente la distancia que necesitan viajar los electrones.
La otra cosa a tener en cuenta es que estas nuevas baterías sin mesa usan silicio «Tesla» para el diseño del ánodo. Esto produce un diseño altamente efectivo pero extremadamente económico con una extensión de rango de hasta un 20% para las celdas. En el lado del cátodo, Tesla está trabajando para usar concentraciones más altas de níquel sin cobalto para algunas celdas.
¿Alguna vez veremos estas baterías en herramientas eléctricas? Quién sabe, ¡pero espero que sí! Puede obtener mucha más información sobre estas baterías viendo la presentación del Día de la Batería Tesla aquí.
Vorbeck y la investigadora Ilhan Aksay de la Universidad de Princeton, [DOE] ha demostrado que pequeñas cantidades de grafeno en las baterías, una lámina ultrafina de átomos de carbono, pueden mejorar drásticamente la potencia y la estabilidad del ciclo de las baterías de iones de litio y mantener una alta capacidad de almacenamiento. Combinado con el trabajo de Georgia Tech sobre nanotecnología de autoensamblaje, el trabajo pionero podría conducir al desarrollo de baterías basadas en grafeno que tienen dos ventajas principales:
- Pueden almacenar mayores cantidades de energía en un paquete del mismo tamaño, y
- pueden recargarse mucho más rápido.
El grafeno permite que se transfieran más iones entre el cátodo y el ánodo, lo que reduce el tiempo de carga. Pero hay un problema: aunque el grafeno mejora la eficiencia, aumenta la longitud del camino que deben recorrer los iones. Esto ha impedido mejoras en las baterías basadas en grafeno, pero una nueva investigación puede tener una solución.
Ars Technica informó recientemente que los científicos pueden usar el magnetismo para alinear el grafeno y enderezar los caminos tomados por los iones. Recubrieron las escamas de grafeno, que de otro modo no serían magnéticas, con nanopartículas de óxido de hierro e introdujeron un campo magnético. En consecuencia, la «tortuosidad de los caminos a través del electrodo se redujo en un factor de cuatro» en comparación con el grupo de control. Eso representa más que una simple coincidencia o un promedio.
Baterías de estado sólido
Recientemente, el inventor de la batería de iones de litio descubrió una tecnología de batería de estado sólido que podría reemplazar a las de iones de litio. ¿Con qué, preguntas? Con un recurso mucho más disponible: ¡el sodio! John Goodenough es ese inventor, y nuestro artículo al que se hace referencia anteriormente ofrece un adelanto de lo que podría ser el próximo formato de batería dominante.
Baterías autorregenerables
Una de las tecnologías más impresionantes surgió con un informe sobre las baterías de iones de litio autorregenerables. Con las baterías, el daño se acumula con el tiempo. Como resultado, la eficiencia de las baterías se degrada y eventualmente falla. Las baterías autorregenerables prometen extender la vida útil de estas celdas y paquetes más allá de lo esperado.
Baterías de iones de litio de tamaño nanométrico
También nos llamó la atención el desarrollo de baterías de iones de litio de tamaño nanométrico. Con estos, estamos viendo la miniaturización de componentes y tecnología. Si bien estos no prometen niveles de potencia de herramientas eléctricas, eso deja muchas oportunidades para la electrónica que aún tenemos que imaginar.
Podrías decir que eso es atractivo
¿Qué significa esto? Bueno, si es reproducible a escala, podríamos experimentar otra ola de mejoras en las baterías de iones de litio. Estos son tiempos fascinantes. Lo mantendremos informado de los nuevos desarrollos a medida que los descubramos. Esperamos que haya disfrutado leyendo sobre los últimos avances en baterías de iones de litio. Si es un profesional y tiene consejos sobre baterías de iones de litio, agréguelos en los comentarios a continuación.
