El equipo de investigación de Tesla en Canadá, capitaneado por el físico canadiense Jeff Dahn, ha publicado un nuevo artículo en el que muestra el desarrollo de una nueva celda de batería que ofrecerá una densidad de energía revolucionaria. Si bien el proyecto se encuentra en pleno desarrollo y le quedan varios obstáculos por resolver, los cuellos de botella se encuentran ya identificados y las posibles soluciones completamente descritas.

Jeff Dahn es uno de los investigadores más reconocidos en el campo de las baterías. En 2016 se asoció con Tesla, que se ha encargado de financiar varias de sus investigaciones. Su equipo de la Universidad Dalhousie continúa trabajando en el desarrollo de las baterías. Si bien sus investigaciones también se basan en el empleo de nuevas químicas, también se centran en mejorar la actual generación de celdas de iones de litio reduciendo el precio de producción e incrementando la capacidad energética y la seguridad.

Muchas de las investigaciones apuestan por el electrolito sólido como el futuro de las baterías, pero el grupo de investigación de Tesla y Dahn ha sugerido un camino diferente: las celdas de litio metálico tipo bolsa, sin ánodo, que emplean un electrolito líquido de sal dual LiDFOB/LiBF₄. El equipo describe como resolver el problema que surge al reemplazar el ánodo de grafito convencional con litio metálico sin tener que usar electrolitos de estado sólido.

Estructura interna de luna celda de litio metálico libre de ánodo completamente cargada, funcionando a 4,5 voltios (a la izquierda) y completamente descargada, a 1,2 voltios (derecha).

En un artículo de investigación publicado el año pasado en la revista científica Nature, se describían una nueva celda de batería que ofrece una mayor densidad de energía y que no requiere un nuevo y costoso proceso de fabricación. En aquel momento, demostraron que estas celdas lograban un 80% de capacidad restante después de 90 ciclos de carga-descarga, que es la vida más larga demostrada hasta la fecha para las celdas con exceso cero de litio.

Estos escasos ciclos de carga logrados se convertían en el principal inconveniente de estas nuevas celdas. Para asegurar su posible uso en aplicaciones comerciales, incluidos los coches eléctricos, es imprescindible que la vida útil sea mucho mayor y la degradación se reduzca considerablemente. La solución a este problema ha llegado de la mano de una nueva publicación, del que esta vez son coautores cuatro empleados de Tesla.

Publicado también en la revista Nature, y titulado “Diagnóstico y corrección de fallos en las celdas libres de ánodo mediante análisis electrolítico y morfológico”, identifican las razones por las que se producen estos problemas de longevidad e introducen una posible solución. Empleando microscopía electrónica de barrido y tomografía de rayos X, el equipo observó el deterioro de la morfología original de litio, y pudo diagnosticar las causa de la degradación.

Mediante un espectroscópico de resonancia magnética nuclear y el mapeo de transmisión ultrasónica se observó también el agotamiento del electrolito. Para probar su seguridad, se procedió a medir la temperatura de la celda durante la prueba de penetración de la uña. Descubrieron que en el interior de su electrolito de sal dual existe una matriz inactiva de litio que forma grandes y densas columnas lo que crea una morfología idónea en el litio.

Características de las nuevas celdas de batería tipo bolsa de Jeff Dahn y su equipo.

Una vez identificada la causa del problema, en el documento se presenta una solución para optimizar el electrolito de las celdas libres de ánodo de metal de litio a 200 ciclos de carga y descarga, lo que es una mejora enorme en menos de un año, aunque todavía se encuentra lejos de lo que se precisa para su comercialización.

El potencial de este descubrimiento es enorme puesto que incrementa la eficiencia de las baterías propiciada por una reducción del significativa de su peso, reduciendo además el coste de producción. Si la mejora del proyecto mantiene este ritmo, esta tecnología podría ser empleada próximamente en los coches eléctricos de Tesla. Además, por la forma en cómo se consiguen estos objetivos, podría facilitar su implementación en otros sectores como el de la aviación eléctrica, en el que el peso es el hándicap fundamental a superar.