IBM Reserch ha anunciado una nueva batería formada por tres nuevos materiales patentados que permiten eliminar el uso de metales pesados y otras sustancias con problemas de abastecimiento. En las pruebas iniciales, bajo condiciones de laboratorio, la nueva batería demostró que es posible optimizar su funcionamiento para superar a las baterías de iones de litio. La primera y más importante es el coste de producción, más reducido, pero también se incluyen los tiempos de carga más rápidos, la mayor densidad de energía, su alta eficiencia energética y la baja inflamabilidad.

La división de investigación y desarrollo de IBM tiene su principal actividad en la investigación industrial. Su campo de uso va desde las baterías que se emplean en la electrónica de consumo (telefonía móvil, informática) como en las industrias más pesadas como el transporte y la movilidad eléctrica como demuestra la intervención de Mercedes-Benz Research and Development North America en la fase de comercialización inicial. Para evitar el problema de suministro, los nuevos materiales creados se pueden extraer del agua del mar, sentando las bases para técnicas de abastecimiento menos invasivas que los actuales métodos de extracción de materiales. Con la presentación de esta batería, todavía en estado de prototipo y de desarrollo en laboratorio, que no precisan de minerales escasos y complicados de extraer como el cobalto o el litio, puede reducirse de forma sensible el precio de las baterías y de los productos industriales que las utilizan.

Los investigadores de IBM Research Battery Lab trabajan combinando y probando materiales y formulaciones únicos para la nueva tecnologías de baterías sostenibles.

Una batería revolucionaria que cambia el escenario industrial

Desarrollado en el Laboratorio de baterías de IBM Research, este diseño utiliza un material de cátodo libre de cobalto y níquel, y un electrolito líquido seguro cuya temperatura límite de inflamación es muy alta. Esta combinación ha demostrado ser capaz de evitar la formación de las temidas dendritas de litio que se crean durante la recarga, aumentando la vida útil y reduciendo la degradación y la inflamabilidad, es decir, eliminando los principales inconvenientes del litio.

Se ha obtenido gracias a “un enfoque multidiscipilnar” en el que se combina la ciencia de los materiales, la química molecular, la ingeniería eléctrica, un equipo avanzado de laboratorio de baterías y la simulación por ordenador.

El desarrollo tecnológico y su posterior industrialización aportarán una serie de ventajas sobre las baterías de litio actual. Entre ellas destaca el coste inferior de producción. Los materiales de cátodo, libres de cobalto, níquel y otros metales pesados serán menos costosos de obtener. De la ecuación del precio de producción de la batería se eliminan los recursos necesarias para obtener estos materiales y las preocupaciones sobre su escasez, su abastecimiento y por lo tanto su sostenibilidad.

Además de la baja inflamabilidad de su electrolito, otra de sus ventajas es la velocidad de carga, más rápida que la de las baterías de litio actuales. Según IBM Research, se requieren menos de cinco minutos para alcanzar un estado de carga del 80%, sin que por ello se comprometa la capacidad de descarga. También es superior su densidad de potencia: 10.000 W/l y es comparable en densidad de energía, 800 Wh/l, a la de las últimas generaciones de las baterías de litio. La eficiencia energética durante la recarga, calculada como la relación entre la energía suministrada y la que realmente está disponible, alcanza un 90%.

Young-Hye Na, Gerente de Innovación de materiales para baterías de próxima generación de IBM Research, explica que su intención era “explorar soluciones a los desafíos asociados con las baterías hoy en día, solucionando los obstáculos al uso de la energía renovable en su conjunto”. IBM Research ha utilizado la microscopía de fuerza atómica, una técnica en la que ha sido pionera tras su invención. Gracias a ella el equipo de científicos dedicados a desarrollar esta nueva tecnología de batería, han podido estudiar las fuerzas y movimientos entre materiales a niveles muy precisos.

Uun sistema de espectroscopia de masa electroquímica diferencial (DEMS) del Laboratorio de baterías de investigación de IBM, mide la cantidad de gas acumulada en una celda de batería durante los ciclos de carga y descarga.

“La combinación de nuevos materiales, la experiencia en catálisis para aplicaciones que van desde el reciclaje de plásticos hasta la fabricación de semiconductores, y la comprensión profunda de los mecanismos químicos, permitió al equipo del Laboratorio de baterías de IBM Research implementar esta nueva y emocionante tecnología de baterías”, añade Young-Hye Na.

Colaboradores de alto nivel para su industrialización

Para trasladar esta nueva batería del laboratorio a una primera etapa comercial, IBM Research cuenta con la colaboración de varias empresas que apuestan por este nuevo ecosistema de desarrollo de baterías de próxima generación. Mercedes-Benz Research and Development North America como banco de pruebas real, Central Glass, uno de los principales proveedores de electrolitos para batería del mundo, y Sidus, como fabricante de baterías.