Método rastrea lo que sucede dentro de las baterías

El futuro de la movilidad son los coches, camiones y aviones eléctricos. Pero no hay forma de que un solo diseño de batería pueda impulsar ese futuro. Incluso las baterías de teléfonos celulares y computadoras portátiles tienen diferentes requisitos y diferentes diseños. Las baterías requeridas en las próximas décadas deberán adaptarse a sus usos específicos. Y eso significa entender exactamente lo que sucede, con la mayor precisión posible, dentro de cada tipo de batería.

Todas las baterías funcionan según el mismo principio:los iones, que son átomos o moléculas con carga eléctrica, transportan una corriente desde el ánodo hasta el cátodo a través de un material llamado electrolito y luego de regreso. Pero su movimiento preciso a través de ese material, ya sea líquido o sólido, ha desconcertado a los científicos durante décadas. Saber exactamente cómo se mueven los diferentes tipos de iones a través de diferentes tipos de electrolitos ayudará a los investigadores a descubrir cómo afectar ese movimiento para crear baterías que se carguen y descarguen de la manera más adecuada para sus usos específicos.

Un equipo de científicos ha demostrado una combinación de técnicas que permite la medición precisa de los iones que se mueven a través de una batería. La combinación de diferentes métodos experimentales mide la velocidad y la concentración y luego las compara con la teoría. Esos métodos incluyen el uso de rayos X ultrabrillantes para medir la velocidad de los iones que se mueven a través de la batería y para medir simultáneamente la concentración de iones dentro del electrolito mientras se descarga una batería modelo. Luego, el equipo de investigación comparó sus resultados con modelos matemáticos. Su resultado es una cifra extremadamente precisa que representa la corriente transportada por los iones, lo que se denomina número de transporte.

El número de transporte es esencialmente la cantidad de corriente transportada por iones cargados positivamente en relación con la corriente eléctrica total; los cálculos del equipo sitúan ese número en aproximadamente 0,2. Esta conclusión difiere de las derivadas por otros métodos debido a la sensibilidad de esta nueva forma de medir el movimiento de iones.

Para este experimento, el equipo de investigación utilizó un electrolito de polímero sólido en lugar de los líquidos de uso generalizado para las baterías de iones de litio. Los polímeros son más seguros ya que evitan los problemas de inflamabilidad de algunos electrolitos líquidos.

En el pasado, la mejor manera de investigar el funcionamiento interno de las baterías era enviar una corriente a través de ellas y luego analizar lo que sucedía después. La capacidad de rastrear los iones que se mueven en tiempo real ofrece a los científicos la oportunidad de cambiar ese movimiento para adaptarlo a las necesidades de diseño de su batería.

El siguiente paso es analizar polímeros más complejos y otros materiales, como el calcio y el zinc, y finalmente convertirlos en electrolitos líquidos.