Lo más desafiante de la nueva movilidad es sin duda, la eficiencia de las baterías, su autonomía y los tiempos de carga, estos últimos, en general, a años luz de lo que supone llenar un depósito de combustible interno de toda la vida, echar diésel o gasolina, al fin y al cabo. El desafío de las baterías es más complejo de lo que podría pensarse a simple vista, siempre asociado a problemas de la química del litio, ni el níquel, ni el cobalto. Algo tan simple como el pegamento que mantiene unidos los materiales dentro del electrodo puede ser determinante y es algo de lo que apenas se habla. Y eso es precisamente lo que acaba de cambiar un grupo de investigadores coreanos, ya que han logrado fabricar electrodos más gruesos, capaces de almacenar más energía, y con una vida útil muy superior, casi el doble de las celdas de los vehículos actuales.
Este nuevo descubrimiento, este nuevo avance, llevado a cabo por la Universidad Sungkyunkwan y la Universidad Nacional de Seúl, que lidera el profesor Ki-Jae Kim junto al equipo de Jang Wook, va de lleno a uno de los problemas más comunes dentro de la industria, el de aumentar el grosor de un electrodo sin que se destruya el rendimiento de la batería.
El problema del pegamento en las baterías
Si se fabrican electrodos más gruesos, se puede almacenar más energía, lo que conlleva más autonomía en el coche eléctrico. Pero no es tan sencillo como suena, porque este mismo grosor trae consigo ciertos problemas de fabricación los cuales, reducen el rendimiento y acortan la vida útil de las celdas. El responsable es el aglutinante, el material encargado de mantener unidos los componentes del electrodo, lo que llamaríamos vulgarmente, el pegamento. Las baterías actuales usan el fluoruro de polivinilideno, PVDF, un material que cuando se seca, se desplaza hacia la superficie a medida que el electrodo es más grueso. Esto provoca grietas y desprendimientos que debilitan la estructura, detienen el movimiento de iones de litio, y aceleran la degradación de toda la batería.
Para poner punto y final a este problema, los investigadores han desarrollado un nuevo aglutinante híbrido de doble acción, el DHP. Este, combina dos polímeros con propiedades complementarias, el elastano o spandex, conocido por su gran elasticidad, y el ácido poliacrílico, con capacidad de interacción con materiales del propio electrodo. Con esta combinación, se logra mantener la integridad estructural con los electrodos más gruesos, por tanto, evita que se produzcan grietas y mejora a su vez, la resistencia mecánica y el transporte de los iones de litio dentro del material.
La nueva vida útil
Tras realizar las pertinentes pruebas, el equipo concluye que este nuevo material duplica la fuerza de sujeción a los aglutinantes actuales. Y durante los primeros ciclos de carga y descarga, por otro lado, también se forma una interfaz entre el litio y el ácido poliacrílico, que puede ayudar al desplazamiento de los iones dentro del electrodo, lo que a su vez favorece el transporte más rápido y uniforme del litio, mejorando también el comportamiento electroquímico general de la celda de forma notable.
El equipo no se limitó el equipo en una pequeña prueba en el laboratorio, sino que validó la tecnología fabricando celdas comerciales de gran capacidad tipo pouch, como las que se emplean en aplicaciones industriales reales. Este es el dato más interesante de todo el estudio, las baterías con aglutinantes convencionales perdieron capacidad de modo acelerado y dejaron de trabajar alrededor de los 95 ciclos de carga y descarga, mientras que las que incorporaban el nuevo polímero mantenían el 86,8% de su capacidad inicial tras superar los 200 ciclos, más del doble de la vida útil frente a la solución convencional.
Compatibilidad actual
Lo que hace a esta evolución muy interesante para la industria es que puede adaptarse a los procesos de producción actuales gracias a la tecnología húmeda, sin necesidad de modificar las líneas de producción y sin que sea necesario realizar una inversión en nueva maquinaria. Eso haría que las industrias de baterías pudiesen fabricar celdas de mayor capacidad, utilizando la infraestructura que ya tienen instalada, en lugar de tener que construir nuevas plantas o bien adaptar los procesos de la fabricación en seco, la opción alternativa que empieza a presentarse para las baterías de la próxima generación, pero que exige una inversión industrial mucho mayor.
Si estos resultados se confirman a escala industrial, este descubrimiento podría convertirse en uno de esos hallazgos modestos que no cambian los fundamentos de la química de las baterías, pero sí resuelven el problema de fabricación que impedía aprovecharlas al máximo. Se trata, precisamente, del tipo de avance que puede llegar a los vehículos de producción mucho más rápido que una química de baterías completamente nueva, ya que no requiere poner en marcha una fábrica diferente para su fabricación.
