31/03/2017 - Un nuevo método de fabricación de electrodos incrementa la eficiencia de las baterías

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Investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han patentado un método para fabricar nuevos electrodos cerámicos para baterías de ion-litio que resulten más eficientes, baratas, resistentes y seguras que las convencionales.

Las baterías eléctricas son dispositivos electroquímicos que convierten energía química almacenada en electricidad. Constan de una o varias celdas electroquímicas y cada celda está formada de un electrodo positivo (cátodo) y otro negativo (ánodo), separados por un electrolito que permite que los iones se muevan entre los electrodos. Actualmente, las baterías de ion-litio son los principales sistemas de almacenamiento electroquímico en dispositivos electrónicos y en el ámbito del transporte. “Lo que hemos patentado son unos nuevos electrodos cerámicos que se caracterizan por ser mucho más seguros y permitir trabajar en un intervalo de temperatura más amplio”, explica uno de los inventores, el catedrático Alejandro Várez, del grupo de investigación de Síntesis y Procesado de Materiales de la UC3M.

Fabricación mediante moldeo por extrusión

Se trata de un método de fabricación de láminas cerámicas mediante moldeo por extrusión termoplástica. “Esta técnica permite fabricar electrodos de morfología plana o tubular que se pueden aplicar en cualquier tipo de batería de ion-litio”, indica Várez. Además, el coste de fabricación es relativamente bajo y es fácil de adaptar al proceso de fabricación actual, según sus creadores, por lo que su paso a la industrialización sería inmediato.

Estos electrodos cerámicos están constituidos únicamente de material activo, por lo que se reduce el riesgo de degradación e inflamación a altas temperaturas (por encima de 100 ºC). “Esto resulta especialmente importante en el caso de los vehículos eléctricos, porque si se produce un accidente y hay fuego, las baterías convencionales se pueden incendiar y resulta muy complicado apagarlas”, comenta otro de los inventores de la patente, Jean Yves Sanchez, investigador CONEX de la UC3M procedente de la Universidad Grenoble Alpes (Francia). “Estos nuevos electrodos sólidos no se pueden quemar, lo cual contribuye a mejorar la seguridad de las baterías”, añade.

Ante picos de consumo eléctrico importante, las baterías de ion-litio comerciales tienden a sobrecalentarse y, en algunos casos, han llegado a explosionar. La razón es que los electrolitos empleados habitualmente contienen disolventes orgánicos líquidos que pueden inflamarse, al igual que los aditivos empleados para la fabricación de los electrodos. “Con nuestra tecnología, en cambio, no se emplean disolventes durante el proceso de fabricación”, señala el catedrático Jean Yves Sanchez. “Además, si los comparas con los electrodos convencionales, los que obtenemos con este proceso de fabricación son muy duros, no se pueden cortar, lo que contribuye a mejorar la solidez de la batería”.

Otra ventaja que presentan las baterías que integran estos nuevos electrodos es su eficiencia, según las pruebas efectuadas por los investigadores, que muestran un aumento de la capacidad específica cercana al triple respecto a los electrodos comerciales del mismo espesor. Y cómo esta técnica permite fabricar electrodos de un alto espesor (entre 450 y 1000 micras), se aumenta hasta diez veces la capacidad de almacenamiento por área respecto a la tecnología actual.

Patente del método de fabricación

Los inventores de la patente solicitada son: Alejandro Várez, Belén Levenfield, Jean-Yves Sanchez, Mª Eugenia Sotomayor y Wilmer Bucheli, del grupo de investigación de Síntesis y Procesado de Materiales de la UC3M; y José Manuel Amarilla, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid del CSIC. “La participación del Parque Científico de la UC3M ha sido clave porque nos ha apoyado tanto en la tramitación como en la comercialización de la patente”, dice Alejandro Várez.

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