Una investigación internacional con participación del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), e investigadores de Emiratos Árabes Unidos e India ha descubierto y desarrollado un nuevo material que duplica el rendimiento de baterías de ion litio comerciales. El hallazgo, publicado en Angewandte Chemie International Edition, puede resultar clave para el avance industrial de los vehículos eléctricos y otros dispositivos electrónicos.
Las baterías de ion litio son el tipo de baterías recargables más usadas en la actualidad. Sin embargo, todavía presentan varios retos que solventar, especialmente en lo relativo a su rendimiento, y aquí es donde este trabajo puede marcar un antes y un después.
La introducción del Fe-Tp supone un avance importante en la tecnología de baterías de iones de litio. “Este material no solo mejora el rendimiento de las baterías, sino que también plantea una alternativa más sostenible y económica en comparación con los materiales convencionales usados como ánodos de estos dispositivos: típicamente el grafito”, asegura José I. Martínez, investigador del ICMM-CSIC y uno de los autores del estudio.
El investigador confía en que “a medida que la sociedad busca alternativas más limpias y eficientes para el almacenamiento de energía, el Fe-Tp podría desempeñar un papel clave en la transición hacia un sistema energético más sostenible”. Además, la posibilidad de usar este material en una variedad de aplicaciones, “desde dispositivos electrónicos hasta sistemas de almacenamiento de energía renovable, amplía su impacto potencial en el futuro energético”, añade.
En términos de durabilidad, el nuevo material “ha demostrado mantener un impresionante 89% de estabilidad cíclica después de 500 ciclos a 1.0 A/g. Este nivel de resistencia cíclica es notable, dado que muchos materiales tradicionales comienzan a mostrar signos de degradación después de menos de 300 ciclos”, informa Martínez.
Esta mayor durabilidad no solo implica un aumento en la vida útil de las baterías, sino que también “reduce la necesidad de reemplazos frecuentes, lo que a su vez disminuye el impacto ambiental asociado con la producción y eliminación de baterías. Este avance en la durabilidad podría ser un punto decisivo en la aceptación masiva de tecnologías de baterías de iones de litio”.
Este descubrimiento abre nuevos interrogantes que intentamos aclarar.
¿Hay implicaciones para su producción en masa?
La capacidad de producción a gran escala del Fe-Tp es un factor clave para su éxito en el mercado. El Fe-Tp se puede fabricar utilizando métodos económicos y sostenibles, y se puede estimar de manera optimista que el costo de producción de baterías de iones de litio podría reducirse a menos de 100 USD por kWh gracias a la incorporación de este nuevo material, lo que sería un cambio disruptivo en la industria.
Esto no solo facilitaría la adopción de baterías más eficientes, sino que también abriría la puerta a la competencia en el mercado, permitiendo que más empresas participen en la producción de baterías.
¿Se producirá un cambio en el mercado?
La introducción del Fe-Tp tiene el potencial de transformar el mercado de vehículos eléctricos (VE). No solo aumenta la capacidad de las baterías, sino que también puede mejorar su rendimiento en términos de velocidad de carga y durabilidad.
Un hallazgo particularmente notable es que al incorporar un 10% de dopaje de Fe-Tp en grafito comercial, se ha observado que se duplica la capacidad después de 400 ciclos. Este descubrimiento resalta la utilidad práctica del Fe-Tp como potenciador del rendimiento de materiales anódicos existentes, lo que podría hacer que los vehículos eléctricos sean más atractivos y accesibles para el consumidor medio.
¿Tiene influencia en la autonomía de los vehículos eléctricos?
La capacidad específica de 1447 mAh/g del Fe-Tp podría permitir que los vehículos eléctricos logren autonomías superiores a 700 km por carga, en comparación con los 400 a 500 km que ofrecen muchos modelos actuales.
Esta mejora significativa en la autonomía podría eliminar uno de los obstáculos más importantes para la adquisición de vehículos eléctricos, que es la ansiedad de autonomía.
A medida que los vehículos eléctricos se vuelvan más capaces de recorrer distancias más largas, es probable que más consumidores se sientan cómodos al considerar estos vehículos como una alternativa viable a los automóviles de combustión interna.
¿Habrá un mayor costo en la producción?
Aunque es difícil estimar cifras concretas para los costes de producción del Fe-Tp, se podría conjeturar que su producción será del mismo orden que los materiales tradicionales como el grafito, y significativamente más barato que los metales preciosos.
La capacidad de reducir el costo de producción de baterías a menos de 100 USD por kWh podría permitir que más fabricantes se unan al mercado de baterías, aumentando la competencia y reduciendo los precios para los consumidores. Esta reducción en costos podría impulsar una mayor adopción de tecnologías de baterías avanzadas.
¿Podrán beneficiarse otros dispositivos electrónicos?
El Fe-Tp no solo se limita a aplicaciones en vehículos eléctricos. También podría ser utilizado en una amplia variedad de dispositivos electrónicos, como teléfonos inteligentes, tabletas, computadoras portátiles y otro tipo de sistemas de almacenamiento de energía basados en iones de litio.
La implementación de este material podría permitir que estos dispositivos ofrezcan una duración de batería significativamente mejorada, potencialmente prolongando el tiempo entre cargas y mejorando la experiencia del usuario. Por ejemplo, un teléfono inteligente que utilice baterías con Fe-Tp podría funcionar varios días con una sola carga.
¿Se producirá una comercialización del material?
Son conocidas las dificultades que surgen cuando un nuevo material ha de dar el salto desde la ciencia más fundamental a la manufactura industrial, por ello es complicado proporcionar una fecha exacta para la comercialización escalada del Fe-Tp, aunque se espera que la transición de su desarrollo en laboratorio a la producción comercial tome entre 5 a 10 años.
Este tiempo es necesario para realizar investigaciones adicionales, validar el rendimiento en condiciones del mundo real y colaborar con la industria para escalar la producción de manera eficiente. A medida que la demanda de soluciones de almacenamiento de energía sostenible crezca, el impulso para llevar esta tecnología al mercado aumentará, lo que podría resultar en la integración de este material en las baterías comerciales en un futuro cercano.