La Universidad de California, en San Diego, ha desarrollado un nuevo dispositivo emisor de ultrasonidos, capaz de eliminar las dendritas que se forman en las baterías de metal de litio (LMB), lo que las sitúa un paso más cerca de su viabilidad comercial. Hasta ahora estas dendritas reducían el rendimiento de estas baterías lo que no permitía su empleo en los coches eléctricos que con ellas, podrían llegar a doblar su autonomía.

Las baterías de litio-metal (LMB) están formadas por un ánodo de litio, un cátodo de alta energía y un electrolito estable que se sitúa entre ambos electrodos. La estabilidad del electrolito, que en estado líquido es susceptible de inflamarse y explotar ante las altas temperaturas. Actualmente, las baterías LMB no se han considerado una opción viable porque su vida útil es demasiado corta. Estas baterías tienen el doble de capacidad que las mejores baterías actuales de iones de litio lo que les da el potencial de duplicar la autonomía de los coches eléctricos que las implementen, a igualdad de peso.

El dispositivo que los investigadores desarrollaron, que en realidad se puede usar en cualquier batería, independientemente de su química, es una parte integral de la batería. Funciona emitiendo ondas de ultrasonido para crear una corriente circulante en el líquido electrolítico que se encuentra entre el ánodo y el cátodo. Esto evita la formación de crecimientos de metal de litio, las llamadas dendritas, durante la carga que conducen a una disminución del rendimiento y cortocircuitos en las baterías LMB.

El dispositivo está fabricado con componentes reciclados de la telefonía móvil, que generan ondas de sonido a frecuencias extremadamente altas, que van desde 100 millones hasta 10 mil millones de hercios. En los teléfonos, estos dispositivos se utilizan principalmente para filtrar la señal celular inalámbrica e identificar si es una llamada de voz o de datos. Los investigadores los usaron en su lugar para generar un flujo dentro del electrolito de la batería. Los investigadores demostraron que una batería de litio metálico equipada con el dispositivo podría cargarse y descargarse durante 250 ciclos y una batería de iones de litio durante más de 2.000 ciclos. Las baterías se cargaron de cero a 100 por ciento en 10 minutos para cada ciclo.

“Los avances en la tecnología de teléfonos inteligentes son realmente lo que nos permitió utilizar el ultrasonido para mejorar la tecnología de la batería”, dijo en un comunicado James Friend, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Escuela de Ingeniería Jacobs en la Universidad de California en San Diego y autor correspondiente del estudio. “Este trabajo permite la carga rápida y baterías de alta energía, todo en uno”, dijo Ping Liu, profesor de nanoingeniería en la Escuela Jacobs y otro autor principal del artículo. “Es emocionante y efectivo”. El equipo detalla su trabajo en la revista Advanced Materials.

La mayoría de los esfuerzos de investigación de baterías se centran en encontrar la química perfecta para desarrollar baterías que duren más y se carguen más rápido, dijo Liu. Por el contrario, el equipo de UC San Diego buscó resolver un problema fundamental: el hecho de que en las baterías de metal tradicionales, el líquido electrolítico entre el cátodo y el ánodo es estático. Como resultado, cuando la batería se carga, el ion de litio en el electrolito se agota, por lo que es más probable que el litio se deposite de manera desigual en el ánodo. Esto a su vez provoca el desarrollo de estructuras en forma de aguja llamadas dendritas que pueden crecer sin control desde el ánodo hacia el cátodo, provocando que la batería se cortocircuite e incluso se incendie. La carga rápida acelera este fenómeno.

Al propagar ondas de ultrasonido a través de la batería, el dispositivo hace que el electrolito fluya, reponiendo el litio en el electrolito y haciendo que sea más probable que el litio forme depósitos uniformes y densos en el ánodo durante la carga.