Nuevo Método Rastrea Precisamente el Interior de Baterías para Impulsar Soluciones Energéticas Futuras

El futuro de la movilidad son autos, camiones y aviones eléctricos. Pero no hay forma de que un solo diseño de batería pueda impulsar ese futuro. Incluso las baterías de celulares y laptops tienen diferentes requisitos y diseños. Las baterías requeridas en las próximas décadas tendrán que adaptarse a sus usos específicos. Y eso significa entender exactamente qué sucede, lo más precisamente posible, dentro de cada tipo de batería.

Toda batería funciona con el mismo principio: iones, que son átomos o moléculas con carga eléctrica, transportan corriente del ánodo al cátodo a través de material llamado electrolito, y luego de vuelta. 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 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 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 iones moviéndose a través de una batería. La combinación de diferentes métodos experimentales mide velocidad y concentración y luego los compara ambos con la teoría. Esos métodos incluyen usar rayos X ultrabrillantes para medir la velocidad de los iones moviéndose a través de la batería y medir simultáneamente la concentración de iones dentro del electrolito mientras una batería modelo se descargaba. El equipo de investigación luego comparó sus resultados con modelos matemáticos. Su resultado es una cifra extremadamente precisa que representa la corriente transportada por iones —lo que se llama el 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 iónico.

Para este experimento, el equipo de investigación usó un electrolito de polímero sólido en lugar de los líquidos de amplio uso para 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 forma de investigar el funcionamiento interno de las baterías era enviar una corriente a través de ellas y luego analizar qué pasó después. La capacidad de rastrear los iones moviéndose en tiempo real ofrece a los científicos la oportunidad de cambiar ese movimiento para adaptarlo a sus necesidades de diseño de baterías.

El siguiente paso es analizar polímeros más complejos y otros materiales, como calcio y zinc, y eventualmente electrolitos líquidos.