Cuando se utiliza en una batería convencional de iones de litio, el aluminio se fractura y falla al cabo de unos pocos ciclos de carga y descarga, debido a la expansión y contracción que experimenta el litio al entrar y salir del material. En el pasado se investigó la posible aplicación de este material en baterías, pero sin éxito.
Ahora, investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia (Estados Unidos) han desarrollado celdas de baterías de iones de litio a escala de laboratorio con electrodos negativos no prelitiados a base de láminas de aluminio, con mayor densidad energética y estabilidad.
“Esta es la historia de un material conocido desde hace mucho tiempo, pero que se abandonó en gran medida al principio del desarrollo de las baterías”, explica el profesor asociado Matthew McDowell. “Pero con los nuevos conocimientos, combinados con una nueva tecnología -la batería de estado sólido-, hemos descubierto cómo podemos rejuvenecer la idea y conseguir un rendimiento realmente prometedor”.
En lugar de utilizar aluminio puro en las láminas, que fallarían rápidamente al probarlas en baterías, el equipo de investigación añadió pequeñas cantidades de otros materiales al aluminio para crear láminas con “microestructuras” particulares, o disposiciones de distintos materiales. Probaron más de 100 materiales distintos para saber cómo se comportarían en las pilas.
El nuevo ánodo de lámina de aluminio demostró un rendimiento y una estabilidad notablemente mejores cuando se implementó en baterías de estado sólido, a diferencia de las baterías de iones de litio convencionales. Las celdas a escala de laboratorio ofrecen cientos de ciclos estables con capacidades areales prácticamente relevantes a altas densidades de corriente (6,5 mA cm-2).
“Una de las ventajas de nuestro ánodo de aluminio que nos entusiasma es que permite mejorar el rendimiento, pero también puede ser muy rentable”, afirma McDowell. “Además de eso, al utilizar una lámina directamente como componente de la batería, en realidad eliminamos muchos de los pasos de fabricación que normalmente serían necesarios para producir un material de batería”.
El proyecto comenzó como una colaboración entre el equipo de Georgia Tech y el fabricante y reciclador de aluminio Novelis, con sede en Atlanta. Los investigadores trabajan ahora para aumentar el tamaño de las pilas y entender cómo influye el tamaño en el comportamiento del aluminio.
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